Bazinga! Fizycy z MIT rozwiązują problem ciemnej materii, nad którym głowił się Sheldon Cooper w „Teorii Wielkiego Podrywu”
Oglądaliście „Teorię Wielkiego Podrywu”? Serial w komediowy sposób opisywał życie młodych naukowców z Los Angeles. Jednym z głównych bohaterów był Sheldon Cooper, który lwią część swojej pracy poświęcił ciemnej materii – zagadce, której rozwiązanie nigdy się nie udało. Aż do dzisiaj: teraz to Jure Zupan może krzyczeć: „Bazinga!”, do tej pory przypisywane jedynie ekscentrycznej serialowej postaci.
Zagadka ciemnej materii z „Teorii Wielkiego Podrywu” rozwiązana – naukowcy po latach znaleźli sposób na produkcję aksjonów w nowoczesnych reaktorach fuzyjnych. To potencjalny przełom w badaniach nad najbardziej tajemniczym składnikiem Wszechświata. Nowa teoria rodem z serialu – czym są aksjony i ciemna materia? Prof. Jure Zupan z University of Cincinnati przy współpracy naukowców z MIT opracował teorię dotyczącą możliwości produkcji aksjonów w reaktorach fuzyjnych. Czym są aksjony? To hipotetyczne cząstki subatomowe, które mogą odgrywać kluczową rolę w zrozumieniu ciemnej materii. Chociaż ciemna materia nie została zaobserwowana bezpośrednio, jej obecność da się „odczuć” – grawitacyjnie oddziałuje na galaktyki i gwiazdy. Uważa się, że stanowi większość masy we Wszechświecie, podczas gdy widoczna materia to jedynie ułamek tej wartości. Według nowej teorii opracowanej przez Zupana potencjalnym źródłem aksjonów mogą być reakcje zachodzące we wnętrzu reaktora fuzyjnego, w którym powstają intensywne strumienie neutronów. Te neutrony oddziałują z materiałami ścian reaktora, wywołując reakcje jądrowe, które mogą prowadzić do powstania egzotycznych cząstek z „ciemnego sektora”, takich jak aksjony. Reaktor fuzyjny w południowej Francji może pomóc produkować ciemną materię Gdzie dokładnie można by produkować aksjony? Punktem odniesienia dla opracowanej teorii stał się nowoczesny reaktor fuzyjny ITER budowany właśnie w pobliżu miejscowości Saint-Paul-lez-Durance w południowej Francji, w którym udział ma także Polska – dostarczamy do niego kluczowych komponentów. Ma on służyć do symulacji procesu fizycznego, który zachodzi wewnątrz Słońca i jest zdolny m.in. do generowania dużych ilości neutronów. „Teoria Wielkiego Podrywu” i naukowy żart z prawdziwym rozwiązaniem Serial „Teoria Wielkiego Podrywu” odegrał ogromną rolę w popularyzacji współczesnych dylematów fizyki teoretycznej. Sheldon Cooper i Leonard Hofstadter, fikcyjni naukowcy, zmierzyli się w jednym z odcinków właśnie z problemem produkcji aksjonów w reaktorach fuzyjnych. Prof. Jure Zupan zauważa, że w serialu pojawiają się nawet szczegółowe wzory na tablicach, które stanowią ukłon w stronę prawdziwych naukowców. Bohaterom nie udało się jednak rozwiązać tej zagadki, co symbolizuje słynna „smutna buźka” pod obliczeniami. Serialowe nawiązania stały się inspiracją dla rzeczywistych badaczy i pokazały, jak popkultura może wpływać na naukowe ambicje. W rzeczywistości zespół profesora Zupana przeanalizował procesy zachodzące w reaktorach fuzyjnych na znacznie głębszym poziomie niż serialowi bohaterowie. Obliczenia wykazały, że choć produkcja aksjonów w Słońcu jest znacznie efektywniejsza, reaktory fuzyjne oferują alternatywne procesy, niedostępne dla naturalnych źródeł. Co się zmieni, gdy odkryjemy aksjony? Weryfikacja istnienia aksjonów mogłaby mieć fundamentalne znaczenie dla naszej wiedzy o Wszechświecie. Udowodnienie, że ciemna materia składa się z tych cząstek, zmieniłoby nasze podejście do astrofizyki, kosmologii, a nawet energetyki. Wywróciłoby to do góry nogami naukowy porządek i powinniśmy się zastanowić, czy na pewno jesteśmy na to gotowi. Źródła: Journal of High Energy Physics, University of Cinncinati Nasz autor Jonasz Przybył Redaktor i dziennikarz związany wcześniej m.in. z przyrodniczą gałęzią Wydawnictwa Naukowego PWN, autor wielu tekstów publicystycznych i specjalistycznych. W National Geographic skupia się głównie na tematach dotyczących środowiska naturalnego, historycznych i kulturowych. Prywatnie muzyk: gra na perkusji i na handpanie. Interesuje go historia średniowiecza oraz socjologia, szczególnie zagadnienia dotyczące funkcjonowania społeczeństw i wyzwań, jakie stawia przed nimi XXI wiek.
Polscy naukowcy obalili sensacyjną hipotezę. Pomogły obserwacje 80 mln gwiazd
W zeszłym roku w prestiżowym czasopiśmie „Nature” ukazała się przełomowa praca polskich astronomów. Dotyczyła teorii zakładającej, że ciemna materia – jedna z największych zagadek kosmosu – może składać się z pierwotnych czarnych dziur. O badaniach Polaków w naszym podkaście opowiada dr Przemysław Mróz z Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu Warszawskiego, członek zespołu OGLE, pierwszy autor artykułu.
Spis treści: Skąd wiadomo, że istnieje ciemna materia? Co to są pierwotne czarne dziury? Czy ciemna materia może składać się z pierwotnych czarnych dziur? Co to jest mikrosoczewkowanie grawitacyjne? Badania, które obaliły ważną hipotezę Czym jest ciemna materia? Naukowcy zadają sobie to pytanie od prawie stu lat. Materia barionowa – czyli „zwykła” materia składająca się z atomów, którą widzimy wokół siebie i z której sami jesteśmy zbudowani – stanowi zaledwie 5% całkowitej masy i energii we Wszechświecie. Żeby wyjaśnić pozostałe 95%, posługujemy się takimi terminami jak ciemna materia i ciemna energia. Ciemna materia to jest materia, która oddziałuje tylko za pośrednictwem grawitacji. Nie emituje żadnego promieniowania, a więc również światła. Na jej istnienie wskazuje np. ruch gwiazd w galaktykach. Czym dalej od centrum, tym gwiazdy powinny poruszać się wolniej (tak jak planety w Drodze Mlecznej). Tam się jednak nie dzieje. Skąd wiadomo, że istnieje ciemna materia? – Merkury, który jest najbliższą Słońcu planetą, porusza się dosyć szybko, ze średnią prędkością około 50 km na sekundę wokół Słońca – opowiada dr Mróz. – Neptun, który jest najdalszą planetą, porusza się wolniej, bo działa na niego mniejsza siła grawitacji, z prędkością mniej więcej 5 km na sekundę. Czyli generalnie spodziewamy się, że im dalej jesteśmy od ciała, które nas przyciąga, tym powinniśmy się poruszać z mniejszą prędkością – wyjaśnia naukowiec. W galaktykach ta zasada jest złamana. Prędkości gwiazd w centrum są takie same jak tych bardziej oddalonych od środka. To jeden z dowodów wskazujących na istnienie jakieś istnienie dodatkowego, nieznanego źródła siły grawitacji. – Tak naprawdę zauważyliśmy, że nasze równania grawitacji nie są prawidłowe. Żeby uzyskać zgodność pomiędzy obserwacjami a teorią, postulujemy istnienie ciemnej materii jako niewidzialnego składnika naszego Wszechświata – mówi naukowiec. Co to są pierwotne czarne dziury? W latach 70. Steven Hawking, znany brytyjski fizyk teoretyk, postulował, że w bardzo młodym Wszechświecie, kiedy jeszcze nie istniały żadne gwiazdy ani nawet atomy, materia miała formę zupy cząstek elementarnych. Mogła wówczas zapaść się pod wpływem grawitacji, tworząc czarną dziurę. To są tak zwane pierwotne czarne dziury – takie, które powstały na samym początku istnienia Wszechświata wskutek zapadania się zgęstek materii pod ich własnym ciężarem. – Pierwotne czarne dziury to są obiekty hipotetyczne: nikt ich nie zaobserwował i nie potwierdził ich istnienia – opowiada dr Mróz. – W zasadzie nie ma żadnych ograniczeń na ich masy. To oznacza, że te obiekty mogą być bardzo małe, o masach planet, albo gigantyczne, o masach dziesiątek, setek czy nawet tysięcy mas Słońca. Czy ciemna materia może składać się z pierwotnych czarnych dziur? A może to właśnie pierwotne czarne dziury stanowią ciemną materię? Taka hipoteza zrobiła się popularna w ostatnich latach. Dlaczego? – Mamy jeden rodzaj kosmicznych obiektów, który mógłby być wyjaśnieniem dwóch wielkich zagadek współczesnej astronomii. To ciemna materia oraz fale grawitacyjne odkrywane w ostatnich latach w detektorach takich jak LIGO i VIRGO – wyjaśnia dr Mróz. Od kiery po raz pierwszy zarejestrowano fale grawitacyjne – w 2015 r. – tych detekcji zanotowano już kilkaset. Dlatego właśnie wielu astronomów i fizyków zaczęło rozważać możliwość, że to pierwotne czarne dziury są źródłem dodatkowej siły grawitacji w galaktykach. Teoria ta została jednak właśnie obalona przez Polaków, a pomogły w tym okrycia samego Alberta Einsteina. Co to jest mikrosoczewkowanie grawitacyjne? – Istnieje zjawisko przewidziane jeszcze przez Alberta Einsteina i jego teorię względności, które mówi nam, w jaki sposób można wykryć ciemne nieświecące obiekty. To jest tak zwane zjawisko mikrosoczewkowania grawitacyjnego – opowiada dr Mróz. Idea soczewkowania grawitacyjnego polega na tym, że promienie światła mogą być ugięte w pobliżu masywnych obiektów takich jak gwiazdy czy czarne dziury. Jeżeli zdarzy się, że pomiędzy nami na Ziemi a odległym źródłem światła pojawi się trzeci obiekt, tak zwana soczewka, to jej grawitacja zadziała na promienie świetlne dochodzące ze źródła. Zostaną one wzmocnione i skupione. Można to wykryć, prowadząc obserwacje astronomiczne. Badania, które obaliły ważną hipotezę – Jeżeli prawdziwa byłaby hipoteza, że ciemna materia składa się z czarnych dziur, to tych czarnych dziur musiałoby być bardzo dużo w Drodze Mlecznej – opowiada dr Mróz. – A więc musielibyśmy obserwować bardzo dużo zjawisk mikrosoczewkowania grawitacyjnego spowodowanych przez te obiekty. To była zasadnicza idea naszej pracy, którą opublikowaliśmy kilka miesięcy temu. Polacy obserwowali dwie galaktyki, Wielki i Mały Obłok Magellan. Są one widoczne tylko z półkuli południowej. – Obserwowaliśmy ponad 80 milionów gwiazd znajdujących się w tych dwóch galaktykach przez ponad 20 lat. Sprawdziliśmy, czy obserwujemy zjawiska tymczasowego pojaśnienia wywołane obecnością potencjalnych czarnych dziur w ciemnej materii – mówi naukowiec. Co wykazały badania Polaków? – Gdyby cała ciemna materia składała się z czarnych dziur o masach 10-100 mas Słońca, spodziewalibyśmy się kilkaset zjawisk mikrosoczewkowania. Obserwacje wskazały jednak, że tych zjawisk jest znacznie mniej. Wykryliśmy tylko 13 zjawisk, dokładnie tyle, ile spodziewamy się od gwiazd w galaktyce naszej i sąsiednich – mówi dr Mróz. A to wskazuje, że ciemna materia nie może składać się z czarnych dziur o masach mniej więcej od masy Księżyca do kilku tysięcy mas Słońca. Całą rozmowę można wysłuchać w playerze na górze strony. Odcinki naszych wideopodcastów są również dostępne na kanałach National Geographic Polska na YouTube i na Spotify. Źródło: National Geographic Polska Nasza autorka Magdalena Salik Dziennikarka i pisarka, przez wiele lat sekretarz redakcji i zastępczyni redaktora naczelnego magazynu „Focus". Wcześniej redaktorka działu naukowego „Dziennika. Polska, Europa, Świat”. Autorka powieści z gatunku fantastyki naukowej, ostatnio wydała „Płomień” i „Wściek”. Więcej: magdalenasalik.wordpress.com
Czy czarne dziury tworzą ciemną materię? Polscy astronomowie podważają głośną hipotezę
Dzisiaj na łamach prestiżowego magazynu „Nature” ukazał się artykuł polskich naukowców, w którym udowadniają, że ciemna materia w kosmosie nie pochodzi z pierwotnych czarnych dziur. Swoje przekonanie opierają na danych z trwających 20 lat badań polskiego programu astronomicznego OGLE.
W tym artykule: O czym informują nas fale grawitacyjne? Czym jest ciemna materia? Hipoteza pochodzenia ciemnej materii Czym są pierwotne czarne dziury? Jak znaleźć ciemną materię? Czym jest mikrosoczewkowanie grawitacyjne? Dane obalające hipotezę powstania ciemnej materii Ten temat łączy w sobie kilka najbardziej kluczowych, a jednocześnie najbardziej zagadkowych kwestii współczesnej astrofizyki. Mowa o falach grawitacyjnych, wczesnym Wszechświecie, pierwotnych czarnych dziurach, a także o tajemniczej ciemnej materii, której istnienie wciąż tylko postulujemy. O czym informują nas fale grawitacyjne? Fale grawitacyjne to „zmarszczki” na czasoprzestrzeni. Są generowane przez zderzanie się obiektów o niewyobrażalnej grawitacji, jak dwie czarne dziury lub czarna dziura i gwiazda neutronowa. Istnienie fal grawitacyjnych wynika z ogólnej teorii względności sformułowanej przez Alberta Einsteina. W tej chwili fale grawitacyjne są badane dzięki możliwościom dwóch detektorów: europejskiego, znajdującego się nieopodal Pizy Virgo oraz amerykańskiego, potężnego detektora LIGO. Odkąd w 2015 roku udało się po raz pierwszy potwierdzić istnienie fal grawitacyjnych, ten rodzaj astronomii zyskał nie tylko wielu zwolenników. Miał mieć umożliwić znalezienie odpowiedzi na inne, skomplikowane pytania astronomiczne. Jak to o ciemną materię. Czym jest ciemna materia? Mianem ciemnej materii określa się nieemitującą i nieodbijającą promieniowania elektromagnetycznego hipotetyczną formę materii. Ma ona stanowić 27% Wszechświata. Jej istnienie zdradzają jedynie wywierane przez nią efekty grawitacyjne. Obserwacje astronomiczne wskazują, że zwyczajna materia, którą możemy dotknąć lub zobaczyć, stanowi zaledwie 5% całkowitej masy i energii całego Wszechświata. W Drodze Mlecznej na 1 kg materii zawartej w gwiazdach przypada 15 kg ciemnej materii. – Natura ciemnej materii pozostaje wielką zagadką. Większość naukowców uważa, że składa się ona z nieznanych cząstek elementarnych – mówi dr Przemysław Mróz z Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu Warszawskiego, pierwszy autor publikacji w „Nature”. – Problem w tym, że pomimo wielu dekad wysiłków, żaden eksperyment, na czele z eksperymentami prowadzonymi za pomocą Wielkiego Zderzacza Hadronów, nie doprowadziły do odkrycia nowych cząstek, które mogłyby tworzyć ciemną materię – dodaje. Hipoteza pochodzenia ciemnej materii Z drugiej strony, tuż po udanej detekcji fal grawitacyjnych pojawiły się teorie mówiące, że wykryty przez LIGO podwójny układ czarnych dziur może być sygnaturą ciemnej materii. Pomysł ten, zaproponowany przez naukowców z Uniwersytetu Kalifornijskiego, miał wielu zwolenników. Na czym konkretnie polega? Zacznijmy od tego, że czarne dziury znajdowane za pomocą fal grawitacyjnych są znacznie masywniejsze (średnio 20–100 mas Słońca) niż te znane wcześniej w Drodze Mlecznej (średnio 5–20 mas Słońca). – Wyjaśnienie dlaczego te dwie populacje czarnych dziur tak bardzo się różnią jest jedną z największych zagadek współczesnej astronomii – mówi dr Mróz. W jednym z możliwych rozwiązań tej zagadki zasugerowano, że detektory fal grawitacyjnych znajdują tzw. pierwotne czarne dziury (primordial black holes), które mogłyby powstać na bardzo wczesnych etapach ewolucji Wszechświata. Istnienie pierwotnych czarnych dziur postulował ponad pół wieku temu słynny brytyjski fizyk-teoretyk Stephen Hawking i, niezależnie, radziecki fizyk Jakow Zeldowicz. Czym są pierwotne czarne dziury? Te pierwotne czarne dziury miały powstać na samym początku Wszechświata z zagęszczenia „zupy” cząstek elementarnych. Mniejsze zagęszczenia miały powołać do życia pierwsze gwiazdy i galaktyki. Z kolei wielkie zagęszczenia miały od razu zapaść się do czarnych dziur. – Uważa się, że pierwotne czarne dziury powstały kiedy Wszechświat był bardzo młody, a zarazem bardzo gęsty i gorący. Nie istniały wtedy atomy, ani nawet będące budulcami atomów protony i neutrony. Materia istniała w formie „zupy” cząstek elementarnych, kwarków i leptonów. Kwantowe fluktuacje gęstości w tej „zupie” dały początek pierwszym galaktykom i gwiazdom. Jeżeli zagęszczenia materii były wystarczająco duże, to mogły się zapaść pod własnym ciężarem i utworzyć pierwotne czarne dziury – tłumaczy dr Mróz. I dodaje: – Pierwotne czarne dziury mogą mieć praktycznie dowolną masę. Nic jej nie ogranicza. Istnieją nawet hipotezy mówiące, że mogą mieć również masy planetarne, na przykład zbliżone do masy Ziemi. Ponieważ promień czarnej dziury zależy od masy (im mniejsza masa, tym mniejszy promień), to taka pierwotna czarna dziura o masie Ziemi miałaby promień zaledwie 1 cm – wyjaśnia główny autor opublikowanego właśnie artykułu. Jak znaleźć ciemną materię? Ale co to ma wspólnego z ciemną materią? Otóż od odkrycia fal grawitacyjnych coraz częściej spekuluje się, że takie czarne dziury mogłyby potencjalnie odpowiadać za dużą część, jeśli nie całość, ciemnej materii we Wszechświecie. Tę hipotezę właśnie zweryfikowali astronomowie z Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu Warszawskiego. Założyli, że jeśli ciemna materia składa się z masywnych czarnych dziur, to można spodziewać się jej w naszym najbliższym kosmicznym otoczeniu. Tylko jak je wykryć, skoro czarne dziury nie świecą? I w tym miejscu wracamy do ogólnej teorii względności Einsteina. Przewiduje ona, że światło odległych gwiazd może być ugięte w polu grawitacyjnym masywnych obiektów. Nazywamy to zjawisko mikrosoczewkowaniem grawitacyjnym. Czym jest mikrosoczewkowanie grawitacyjne? – Mikrosoczewkowanie zachodzi, jeżeli trzy obiekty – obserwator, źródło światła i obiekt-soczewka – ustawią się niemal dokładnie w jednej linii w przestrzeni – mówi prof. Andrzej Udalski, lider projektu OGLE. – Światło źródła może zostać ugięte i znacznie wzmocnione. Obserwujemy wówczas jego tymczasowe pojaśnienie – dodaje. W opublikowanym właśnie na łamach „Astrophysical Journal Supplement” artykule, astronomowie z projektu OGLE prezentują niemal dwudziestoletnie obserwacje około 80 milionów gwiazd znajdujących się w sąsiedniej galaktyce, zwanej Wielkim Obłokiem Magellana. Analizują występowanie zjawisk mikrosoczewkowania grawitacyjnego w tym kierunku. Dane pochodzą z trzeciej i czwartej fazy projektu OGLE i zostały zebrane w latach 2001–2020. Równolegle analizują je w publikacji „Nature”. Dane obalające hipotezę powstania ciemnej materii Co te dane mówią nam o ciemnej materii pochodzącej z czarnych dziur? – Gdyby cała ciemna materia składała się z czarnych dziur o masie 10 mas Słońca, powinniśmy byli wykryć łącznie 258 zjawisk mikrosoczewkowania. W przypadku czarnych dziur o masie 100 mas Słońca – 99 zjawisk, 1000 mas Słońca – 27 zjawisk – komentuje dr Mróz. Tymczasem astronomowie znaleźli w danych OGLE zaledwie 13 zjawisk mikrosoczewkowania. Co więcej, większość z nich była stosunkowo krótka, trwała mniej niż 100 dni. Ich szczegółowa analiza wykazała, że wszystkie mogły być spowodowane przez zwykłe gwiazdy w dysku Drogi Mlecznej lub w samym Wielkim Obłoku Magellana, a nie czarne dziury. – Nasze obserwacje dowodzą więc, że masywne pierwotne czarne dziury nie mogą jednocześnie być źródłami fal grawitacyjnych i tworzyć znaczącej części ciemnej materii – podsumowuje prof. Udalski. Oznacza to, że choć hipoteza kalifornijskich badaczy była naprawdę chwytliwa, to analizy astronomów pracujących w projekcie OGLE całkowicie ją obaliły. Źródła: Nature, Astrophysical Journal Supplement Series. Nasz ekspert Ewelina Zambrzycka-Kościelnicka Dziennikarka i redaktorka zajmująca się tematyką popularnonaukową. Związana z magazynami portali Gazeta.pl oraz Wp.pl. Współautorka książek „Człowiek istota kosmiczna”, „Kosmiczne wyzwania” i „Odważ się robić wielkie rzeczy”.
Pierścień Einsteina pokazuje, jak zachowuje się ciemna materia. Oddziałuje sama ze sobą?
Fenomen znany jako pierścień Einsteina rzuca nowe światło na właściwości ciemnej materii. Może ona oddziaływać sama ze sobą, podejrzewają astrofizycy.
W tym artykule: Czego można się dowiedzieć dzięki pierścieniom Einsteina? Dwa rodzaje materii wewnątrz pierścienia Einsteina Co to jest halo ciemnej materii? Pierścień Einsteina a tajemnice ciemnej materii W październiku 2023 roku na jednym ze zdjęć z Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba pojawił się dziwny obiekt. Był to okrąg rozjaśnionego światła z błyszczącą plamą w środku. Tak właśnie wygląda bardzo odległa galaktyka oznaczona jako JWST-ER1. Obiekt ten stanowi soczewkę grawitacyjną. Czyli jest tak masywny, że mocno ugina znajdującą się dookoła niego czasoprzestrzeń. Kiedy w taki obszar czasoprzestrzeni dostanie się światło – pochodzące z jeszcze dalszej, niewidocznej galaktyki – zakrzywia się. W rzadkim przypadku nasze teleskopy mogą zarejestrować je właśnie jako świecący pierścień. Czego można się dowiedzieć dzięki pierścieniom Einsteina? Ponieważ to Albert Einstein przewidział, że światło może zakrzywiać się w polu grawitacyjnym, zjawiska takie nazywa się pierścieniami Einsteina. Pierścień wokół galaktyki JWST-ER1 jest jednym z najdalszych – jeśli nie najdalszym – obiektem tego typu, jaki kiedykolwiek udało się wypatrzyć. Stanowi dla prawdziwy naukowców rarytas. Dzięki niemu mogą bowiem wyznaczyć masę całej znajdującej się wewnątrz materii. W najnowszym numerze czasopisma naukowego „The Astrophysical Journal Letters” pojawiła się praca, której autorzy pokusili się o takie obliczenia dla JWST-ER1. Okazało się, że galaktyka ta waży tyle, ile 650 mld Słońc. To zaś oznacza, że jest wyjątkowo gęsta jak na zgrupowanie gwiazd jej rozmiarów. Dwa rodzaje materii wewnątrz pierścienia Einsteina Materia znajdująca się w granicach wyznaczonych przez pierścień Einsteina składa się z dwóch elementów. Pierwszy to zwykła materia, pyły i gazy tworzące m.in. gwiazdy. Druga to ciemna materia, nieuchwytny składnik Wszechświata. Galaktyka JWST-ER1 kryła niespodziankę. Po oszacowaniu ilości zwykłej materii (materii gwiazdowej) i odjęciu jej od łącznej materii wewnątrz pierścienia Einsteina, naukowcy otrzymali szacunkową ilość ciemnej materii. – Jej wartość okazała się wyższa od spodziewanej – mówi Hai-Bo Yu, profesor fizyki i astronomii z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Riverside (UCR), pierwszy autor badań. – To było zagadkowe. Naukowcy zaobserwowali rzadki fenomen – krzyż Einsteina. Czyli wzmocniony i powielony obraz odległej supernowej Astronomom udało się uchwycić wyjątkową supernową typu Ia. Jej obraz pojawia się na niebie aż cztery razy i układa się w kształt krzyża. To tzw. krzyż Einsteina. <img src="https://images.immediate.co.uk/production/volatile/sites/63/2024/08/naukowcy-zaobserwowali-rzadki-fenomen-krzyz-einsteina-czyli-wzmocniony-i-powielony-obraz-odleglej-supernowej-fot-observatory-caltech-palomar-zoom-in-joel-johansson-3cbc6d3.jpg" width="768" height="549" alt="Naukowcy zaobserwowali rzadki fenomen – krzyż Einsteina. Czyli wzmocniony i powielony obraz odległej supernowej (fot. Observatory: Caltech/Palomar, Zoom-in: Joel Johansson)" title="Naukowcy zaobserwowali rzadki fenomen – krzyż Einsteina. Czyli wzmocniony i powielony obraz odległej supernowej (fot. Observatory: Caltech/Palomar, Zoom-in: Joel Johansson)" /> Co to jest halo ciemnej materii? W swojej pracy astrofizycy z UCR próbują wyjaśnić ten fenomen. Jedna z możliwych odpowiedzi związana jest z halo ciemnej materii otaczającym JWST-ER1. Co to jest? – Ciemna materia odgrywa ogromną rolę we Wszechświecie. To w jej lokalnych zagęszczeniach tworzą się i ewoluują galaktyki. Każda galaktyka oraz każda gromada galaktyk jest zanurzona w otaczającej ją „aureoli” (ang. halo) ciemnej materii – wyjaśnia dr Anna Durkalec na stronie Narodowego Centrum Badań Jądrowych. Początkowo przypuszczano, że takie halo jest kuliste. Jednak najprawdopodobniej ma inny kształt. – Większość halo ciemnej materii, zwłaszcza tych najbardziej masywnych, ma wydłużony kształt (podobny do jajka). Jest to spowodowane głównie naporem masy ciemnej materii i/lub gazu wpływającego do halo – pisze dr Durkalec. Pierścień Einsteina a tajemnice ciemnej materii To właśnie jajkowate halo wokół JWST-ER1 może kryć rozwiązanie zagadki jej masy. – Kiedy zwykła materia – gaz i gwiazdy – zapada się i kondensuje w halo ciemnej materii, JWST-ER1 może ściskać halo – stwierdził Demao Kong, student drugiego roku UCR, który prowadził analizę. – Nasze badania numeryczne pokazują, że ten mechanizm może wyjaśnić wysoką gęstość ciemnej materii w galaktyce JWST-ER1 – dodaje. Innymi słowy, w tej samej objętości jest upakowane więcej ciemnej materii, co skutkuje jej dużą gęstością. Co ciekawe, do tego wyjaśnienia idealnie pasuje uwzględnienie pewnego szczególnego rodzaju ciemnej materii. Takiego, której cząstki oddziałują same ze sobą. Oczywiście nie wiadomo, jakie to cząstki. Teorie ciemnej materii dopuszczają, że składa się ona z cząstek jednego rodzaju. Albo z mieszaniny różnych cząstek, które – jak cząstki zwykłej materii – wiążą siły nieznane jeszcze nauce. Jak się okazuje, pierścienie Einsteina dostarczają naukowcom danych pozwalających spekulować o właściwościach ciemnej materii. Badacze mają nadzieję, że dzięki dalszym obserwacjom za pomocą Teleskopu Webba dowiedzą się o niej jeszcze więcej. Źródła: Space.com, UC Riverside, The Astrophysical Journal Letters, NCBJ. Nasz ekspert Magdalena Salik Dziennikarka naukowa i pisarka, przez wiele lat sekretarz redakcji i zastępczyni redaktora naczelnego magazynu „Focus". Wcześniej redaktorka działu naukowego „Dziennika. Polska, Europa, Świat”. Pasjami czyta i pisze, miłośniczka literatury popularnonaukowej i komputerowych gier RPG. Więcej: magdalenasalik.wordpress.com
Nowa teoria. Wszechświat nie ma ciemnej materii i jest dwa razy starszy, niż sądziliśmy
W zeszłym roku fizyk z Ottawy zaproponował hipotezę zakładającą, że Wielki Wybuch wydarzył się nie 13,8, ale aż 26,7 mld lat temu. Teraz przedstawia jej rozwinięcie. Nie występuje w nim pojęcie ciemnej materii.
W tym artykule: Co nam mówią obserwacje astronomiczne Nowa teoria. Ile lat ma Wszechświat? Zmęczone światło i usunięcie stałej kosmologicznej Czy nowa teoria się sprawdzi? Ile wiemy o Wszechświecie? Nasze teorie dobrze sobie radzą z opisem około 5 proc. kosmosu. Taką jego część stanowi zwykła materia. Czyli cząstki elementarne tworzące atomy, z których zbudowany jest cały otaczający nas świat oraz my sami. Pozostałe ponad 90 proc. przypada na nieuchwytne ciemną materię i ciemną energię. Pierwsza z nich to po prostu określenie nieznanego źródła istniejącej we Wszechświecie „dodatkowej” siły grawitacji. Sprawia ona, że obracające się galaktyki nie rozpadają się pod wpływem siły odśrodkowej. Ciemną energią zaś nazywa się tajemniczą siłę powodującą, że Wszechświat rozszerza się coraz szybciej. Co nam mówią obserwacje astronomiczne Te dwie niewiadome – ciemna materia i ciemna energia – pojawiły się jako wyjaśnienie zaskakujących obserwacji astronomicznych. Pojęcie ciemnej materii powstało, gdy udało się obliczyć prędkość obrotu galaktyk i okazała się większa od spodziewanej. Z kolei ciemną energię wymyślono, gdy wyszło na jaw, że tempo ekspansji kosmosu rośnie. Wraz z rozwojem technik obserwacyjnych tego rodzaju niewyjaśnionych obserwacji przybywa. Ogromna czułość działającego od półtora roku Teleskopu Jamesa Webba pozwoliła nam dowiedzieć się znacznie więcej o najstarszych gwiazdach i galaktykach. Nowe dane znowu nie w pełni zgodziły się z przewidywaniami. W bardzo młodym Wszechświecie wypatrzono duże, ukształtowane galaktyki. Powstały tylko ok. 300 mln lat po Wielkim Wybuchu. Jednak wyglądały tak, jakby miały miliardy lat. Nowa teoria. Ile lat ma Wszechświat? Naukowcy próbowali wyjaśnić istnienie w „młodym” Wszechświecie „starych” galaktyk na różne sposoby. Najbardziej rewolucyjne rozwiązanie latem 2023 r. zaproponował Rajendra Gupta, fizyk teoretyczny z kanadyjskiego Uniwersytetu Ottawy. Odwołując się do zarzuconej teorii sprzed prawie stu lat policzył, że Wszechświat jest aż dwa razy starszy niż dotychczas przyjmowali naukowcy. W czasopiśmie naukowym „The Astrophysical Journal” ukazała się właśnie nowa praca Gupty. Wnioski, jakie z niej płyną, są równie zaskakujące jak poprzednio. – Nasze wcześniejsze badania dotyczące wieku Wszechświata wynoszącego 26,7 miliarda lat pozwoliły nam odkryć, że kosmos nie potrzebuje ciemnej materii do istnienia – informuje naukowiec. Rewolucyjna teoria: nasz kosmos pochłania „wszechświaty-niemowlaki”. Dlatego właśnie się rozszerza Naukowcy przedstawili zaskakującą teorię wyjaśniającą rozszerzanie się Wszechświata. Według niej kosmos cały czas zderza się z innymi „wszechświatami-niemowlakami”. W wyniku zderze.. <img src="https://images.immediate.co.uk/production/volatile/sites/63/2024/08/rewolucyjna-teoria-nasz-kosmos-pochlania-wszechswiaty-niemowlaki-dlatego-wlasnie-sie-rozszerza-ryc-shutterstock-7020426.jpg" width="938" height="626" alt="Rewolucyjna teoria: nasz kosmos pochłania „wszechświaty-niemowlaki”. Dlatego właśnie się rozszerza (ryc. Shutterstock)" title="Rewolucyjna teoria: nasz kosmos pochłania „wszechświaty-niemowlaki”. Dlatego właśnie się rozszerza (ryc. Shutterstock)" /> Zmęczone światło i usunięcie stałej kosmologicznej W nowej pracy Gupta ponownie sięga do teorii opracowanej w 1929 r. przez Fritza Zwicky’ego. Zwicky zaproponował wtedy, że w trakcie pokonywania wielkich kosmicznych odległości fotony tracą energię (czyli – robią się „zmęczone”). Miało to tłumaczyć, dlaczego światło najdalszych obserwowanych obiektów jest przesunięte ku czerwieni. Jednak wkrótce wyjaśniono, że za efekt ten odpowiada rosnąca prędkość oddalających się obiektów i wydłużanie się fal świetlnych. Wówczas tzw. teorię zmęczonego światła Zwicky’ego zarzucono. Pół roku temu Gupta wrócił do tej koncepcji, przeszacowując wiek Wszechświata. Teraz poszedł o krok dalej i rozbudował ją o jeszcze jeden składnik. Jest nim zmieniony Model Lambda-CDM. Gupta podmienił w nim zaproponowaną jeszcze przez Einsteina stałą kosmologiczną na inny parametr. Ten nowy parametr jest matematycznym reprezentantem pomysłu, że zasady fizyczne nie są stałe w każdym momencie i każdym punkcie kosmosu. Co to oznacza bardziej konkretnie? Gupta przyjął, że wraz z upływem czasu oddziaływania fizyczne mogą słabnąć. Jego zdaniem przy takim założeniu pojęcie ciemnej energii i materii przestaje być potrzebne do wyjaśnienia danych obserwacyjnych. – Według standardowej kosmologii przyspieszona ekspansja Wszechświata jest spowodowana ciemną energią. Ale w rzeczywistości to skutek osłabienia sił natury podczas rozszerzania kosmosu, a nie ciemnej energii – twierdzi Gupta. Czy nowa teoria się sprawdzi? Gupta nazwał swoją teorię CCC+TL (ang. covarying coupling constants plus tired light). W najnowszej pracy spróbował użyć jej, by wyjaśnić fluktuacje w gęstości materii barionowej (czyli zwykłej) spowodowane działaniem fal akustycznych w bardzo młodym Wszechświecie. Jego zdaniem hipoteza spełniła swoje zadanie. Czy nowa teoria ma szansę zostać uznana przez świat naukowy? Jej założenia przewracają do góry nogami wielowiekowe podstawy fizyki. Ostatecznie jednak zdecyduje co innego. Jak to słusznie ujął Mike McRae, autor artykułu z portalu Science Alert – „teoria CCC+TL zmieni kosmologię tylko wtedy, gdy będzie potrafiła rozwiązać więcej problemów niż sama stworzy”. Źródła: The Astrophysical Journal, phys.org, Science Alert. Nasz ekspert Magdalena Salik Dziennikarka naukowa i pisarka, przez wiele lat sekretarz redakcji i zastępczyni redaktora naczelnego magazynu „Focus". Wcześniej redaktorka działu naukowego „Dziennika. Polska, Europa, Świat”. Pasjami czyta i pisze, miłośniczka literatury popularnonaukowej i komputerowych gier RPG. Więcej: magdalenasalik.wordpress.com
Czy istnieją gwiazdy zbudowane z „cudownych cząstek”? Jeśli tak, miałyby niezwykłe cechy
Naukowcy mają pomysł, w jaki sposób szukać „cudownych cząstek”, czyli potencjalnego budulca ciemnej materii. Cząstki te mogłyby tworzyć szczególne gwiazdy: niestabilne i wybuchowe. Czy gwiazdy z ciemnej materii faktycznie istnieją?
W tym artykule: Co to jest ciemna materia? Czy istnieją gwiazdy aksjonowe? Co to jest promieniowanie reliktowe? Skąd się wzięła nazwa „aksjon”? Fizycy z King’s College London „cudownymi cząstkami” nazwali aksjony. To ultralekkie cząstki pozbawione ładunku elektrycznego. Na razie są to cząstki hipotetyczne. Nie mamy pewności, czy rzeczywiście istnieją. Gdyby aksjony istniały, stanowiłyby rozwiązanie największej zagadki współczesnej fizyki. Naukowcy podejrzewają, że właśnie z aksjonów może się składać ciemna materia. Czyli niezwykle ważny, ciągle nieuchwytny składnik Wszechświata. W najnowszej pracy opublikowanej w czasopiśmie „Physical Review D” fizycy twierdzą, że w pewnych regionach kosmosu aksjony mogą tworzyć ciasne skupiska. Tak gęste, że mogłyby nawet zmieniać się w „aksjonowe gwiazdy”. Takie obiekty byłyby niestabilne i skłonne do wybuchów. Efekty ich eksplozji dałoby się znaleźć, badając mikrofalowe promieniowanie tła. Co to jest ciemna materia? Materia, jaką widzimy wokół siebie, stanowi tylko kilkanaście procent masy całego Wszechświata. To właśnie są elektrony, protony i neutrony, tworzące atomy, z których składają się gwiazdy, planety i my sami. Pozostałe 85 proc. masy kosmosu to ciemna materia. Nie jest zbudowana ze znanych nam cząstek i nie emituje światła. Oddziałuje ze zwykłą materią tylko poprzez grawitację. Czy w kosmosie istnieją tajemnicze ciemne gwiazdy? Trio badaczy twierdzi, że tak Dane pozyskane dzięki Kosmicznemu Teleskopowi Jamesa Webba wspierają zaskakującą hipotezę. Możliwe jest, że w kosmosie istnieją ciemne gwiazdy. Czyli takie, które składają się nie ze zw... <img src="https://images.immediate.co.uk/production/volatile/sites/63/2024/08/czy-w-kosmosie-istnieja-tajemnicze-ciemne-gwiazdy-trio-badaczy-twierdzi-ze-tak-fot-getty-images-6792c52.jpg" width="934" height="700" alt="Czy w kosmosie istnieją tajemnicze ciemne gwiazdy? Trio badaczy twierdzi, że tak (fot. Getty Images)" title="Czy w kosmosie istnieją tajemnicze ciemne gwiazdy? Trio badaczy twierdzi, że tak (fot. Getty Images)" /> Z czego składa się ciemna materia? „Jednymi z pierwszych kandydatów są aksjony” – mówi portalowi space.com fizyk Malcolm Fairbairn, jeden z autorów pracy. „Odkryliśmy, że tworzą gęste skupiska. Dzięki temu mają zdolność podgrzewać Wszechświat tak jak supernowe czy zwykłe gwiazdy” – dodaje Fairbairn. Czy istnieją gwiazdy aksjonowe? Ciemna materia sprawia, że wirujące galaktyki nie rozpadają się. Gdyby jej nie było, wówczas galaktyki miałyby zbyt małą masę, by siła grawitacji mogła się przeciwstawić sile odśrodkowej. Ponadto ciemna materia otula większość galaktyk jako rozległe halo, rozciągające się daleko w przestrzeń międzygalaktyczną. Żeby efekty grawitacyjnej ciemnej materii były odpowiednio silne, aksjonów musi być bardzo dużo. W nieuchronny sposób w pewnych miejscach cząstki te musiałyby więc się zagęszczać. Czy to możliwe, by w centrach galaktyk tworzyły się nawet „aksjonowe gwiazdy”? Zdaniem badaczy – tak. Gwiazdy takie nie byłyby jednak stabilne. Po przekroczeniu pewnego progu masy wybuchałyby. Emitowałyby przy tym promieniowanie elektromagnetyczne. Możliwe jest, że takie procesy zachodziły już dawno temu. Wtedy, gdy nie było jeszcze galaktyk, a Wszechświat wypełniały dopiero co utworzone atomy. Co to jest promieniowanie reliktowe? Jeśli gwiazdy składające się z „cudownych cząstek” wybuchały w okresie 50–500 mln lat po Wielkim Wybuchu, podgrzewałyby gaz wypełniający wtedy Wszechświat. To zaś wpłynęłoby na istniejące już wówczas promieniowanie reliktowe. Promieniowanie reliktowe – albo mikrofalowe promieniowanie tła (CMB) – to, w uproszczeniu, pierwsze światło, jakie pojawiło się w kosmosie. Stało się to ok. 380 tys. lat po Wielkim Wybuchu. Dziś promieniowanie reliktowe wypełnia cały kosmos. Zdanie fizyków z King’s College of London potencjalne przeszłe i obecne wybuchy gwiazd z ciemnej materii pozostawiłyby w nim swój ślad. Ślad ten zaś można by wykryć, badając szczegółowo promieniowanie CMB. Gdyby to się udało – potwierdziłoby się, że czarna materia faktycznie składa się z aksjonów. Byłoby to gigantyczne naukowe osiągnięcie. Skąd się wzięła nazwa „aksjon”? Istnienie aksjonów zaproponowano w 1977 r. Cząstka pozwoliła dopracować teorię oddziaływań silnych. Przyczynili się do tego dwaj fizycy teoretyczni – Frank Wilczek i Steven Weinberg. Obaj zaproponowali wówczas, jak nazwać nową cząstkę. Weinberg wymyślił nazwę „higglet”. Wilczek poszedł innym tropem. Uznał, że istnienie tego rodzaju cząstek ładnie „wyczyściło” problem związany z oddziaływaniami silnymi. Dlatego zaproponował, by nazwać je „aksjonami” – od marki środka do prania w płynie. Dzisiaj można go kupić w Azji i Ameryce Łacińskiej. Źródła: Space.com, King’s College London, Physical Review D
Czy w centrum Drogi Mlecznej jest ogromny bąbel ciemnej materii? To on może odpowiadać za jej dziwny kształt
Dysk naszej Galaktyki jest wypaczony i poskręcany. Zdaniem naukowców z Harvard & Smithsonian Center for Astrophysics (CfA), wypaczenie to mógł wywołać duży bąbel ciemnej materii, która otacza i przenika Drogę Mleczną.
W tym artykule: Czym jest ciemna materia? Ciemna materia w Drodze Mlecznej Jaki kształt ma nasza Galaktyka Nietypowa budowa centrum Galaktyki Czy nasza Galaktyka zderzyła się z inną? Ciemna materia to hipotetyczna, niewidzialna materia, nieemitująca i nieodbijająca promieniowania elektromagnetycznego. Jej istnienie zdradzają jedynie wywierane przez nią efekty grawitacyjne. Czym jest ciemna materia? Ponieważ ilość widocznej materii w galaktykach nie może wyjaśnić ich kształtów, rozkładów i ruchów, astrofizycy twierdzą, że musi istnieć forma masy, która nie została jeszcze odkryta. Wydaje się, że masa ta nie wpływa znacząco na normalną materię w żaden inny sposób – na przykład poprzez pochłanianie lub emitowanie fotonów – czyniąc ją całkowicie „ciemną”. Ciemna materia jest w tej chwili dominującym wytłumaczeniem obserwowanych anomalii w rotacji galaktyk oraz ruchu galaktyk w gromadach. Jednak nadal materia ta nie została odkryta, a jej natura pozostaje nieznana. Aby zrozumieć czym jest ciemna materia, Europejska Agencja Kosmiczna zainicjowała w lipcu 2023 roku misję Euclid. Jednak zanim spłyną do nas dane z misji, kolejni naukowcy przekonują, że to właśnie ciemna materia wydaje się być rozwiązaniem wielu nurtujących astrofizyków problemów. Ciemna materia w Drodze Mlecznej Zdaniem naukowców z Harvard & Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) to właśnie ogromny bąbel ciemnej materii wywiera wpływ na naszą Galaktykę. Odpowiada m.in. za jej charakterystyczny kształt. Pierścienie Einsteina odsłonią tajemnicę ciemnej materii? Na razie wskazują, że może być inna niż sądzono Badanie światła zakrzywianego przez galaktyki może pomóc rozwiązać jedną z najważniejszych zagadek fizyki. Czyli wyjaśnić, czym jest ciemna materia – podstawowy składnik, z którego zb... <img src="https://images.immediate.co.uk/production/volatile/sites/63/2024/08/pierscienie-einsteina-odslonia-tajemnice-ciemnej-materii-na-razie-wskazuja-ze-moze-byc-inna-niz-sadzono-fot-esa-hubble-nasa-bf537f9.jpg" width="938" height="380" alt="Pierścienie Einsteina odsłonią tajemnicę ciemnej materii? Na razie wskazują, że może być inna niż sądzono (Fot. ESA/Hubble & NASA)" title="Pierścienie Einsteina odsłonią tajemnicę ciemnej materii? Na razie wskazują, że może być inna niż sądzono (Fot. ESA/Hubble & NASA)" /> – Halo powstałe z ciemnej materii, nachylone w tym samym kierunku co halo gwiazdowe, może wywołać wypaczenie i rozbłysk w dysku galaktycznym – napisał w oświadczeniu zespół kierowany przez astrofizyka Jiwon Jesse Han z Harvard & Smithsonian Center for Astrophysics. – Wyniki te dostarczają przekonujących dowodów na to, że nasza galaktyka jest osadzona w nachylonym halo ciemnej materii. Ta niewspółosiowość ciemnego halo i dysku zawiera wskazówki dotyczące historii formowania się Drogi Mlecznej. Stanowi też kolejny krok w dynamicznym modelowaniu potencjału naszej Galaktyki, jak i galaktyk ogółem – dodają badacze. Jaki kształt ma nasza Galaktyka Trudno jest dostrzec kształt Galaktyki, w której żyjemy. W końcu nie możemy po prostu wysłać teleskopu w przestrzeń międzygalaktyczną, aby zrobić zdjęcie. Właśnie dlatego, chociaż astronomowie wiedzieli już od pewnego czasu, że dysk jest wypaczony, nie mieliśmy wystarczających danych, aby zrozumieć, jak do tego doszło. Sytuację zmieniła dopiero Gaia, czyli teleskop kosmiczny Europejskiej Agencji Kosmicznej. Z dużą precyzją mapuje on pozycje i prędkości gwiazd w Drodze Mlecznej. Dzięki Gai astronomowie byli w stanie szczegółowo odwzorować chybotliwość Drogi Mlecznej. A chociaż obserwatorium Gaia przyniosło wiele dowodów na zakrzywienie naszej galaktyki, to powody tego zakrzywienia nie zostały ustalone. Wiodącym poglądem mogącym wyjaśnić kształt Drogi Mlecznej zdawała się być interakcja naszej Galaktyki z inną w przeszłości. Nietypowa budowa centrum Galaktyki Jednak w 2022 roku zespół kierowany przez Jiwon Jesse Hana i Charliego Conroya dokonał interesującego odkrycia. Ustalił, że halo gwiazdowe wokół Galaktyki – czyli rozproszona kula gazu i gwiazd, w której obraca się dysk galaktyczny – jest również nietypowe. To zasugerowało naukowcom, że ciemne halo Drogi Mlecznej jest również bardzo nachylone. Ciemne halo to kula ciemnej materii, która otacza większość galaktyk. Czyli niewykrywalna teleskopami masa, która grawitacyjnie oddziałuje z normalną materią we Wszechświecie. Czy w kosmosie istnieją tajemnicze ciemne gwiazdy? Trio badaczy twierdzi, że tak Dane pozyskane dzięki Kosmicznemu Teleskopowi Jamesa Webba wspierają zaskakującą hipotezę. Możliwe jest, że w kosmosie istnieją ciemne gwiazdy. Czyli takie, które składają się nie ze zw... <img src="https://images.immediate.co.uk/production/volatile/sites/63/2024/08/czy-w-kosmosie-istnieja-tajemnicze-ciemne-gwiazdy-trio-badaczy-twierdzi-ze-tak-fot-getty-images-6792c52.jpg" width="934" height="700" alt="Czy w kosmosie istnieją tajemnicze ciemne gwiazdy? Trio badaczy twierdzi, że tak (fot. Getty Images)" title="Czy w kosmosie istnieją tajemnicze ciemne gwiazdy? Trio badaczy twierdzi, że tak (fot. Getty Images)" /> Uczeni przeprowadzili symulację i modelowanie, aby sprawdzić, czy mogą odtworzyć obserwowany kształt Drogi Mlecznej. W ich modelu Galaktyki ciemne halo było nachylone o 25 stopni w stosunku do dysku Drogi Mlecznej. Następnie obliczyli orbity gwiazd i gazu na przestrzeni pięciu miliardów lat. Odkryli, że gdy bąbel ciemnej materii jest nachylony, obrzeża Galaktyki rzeczywiście zakrzywiają się i rozbłyskują. Dokładnie tak, jak widzimy w obserwacjach Gai w Drodze Mlecznej. Czy nasza Galaktyka zderzyła się z inną? Nie oznacza to jednak, że poprzednia hipoteza o interakcji Drogi Mlecznej z inną galaktyką jest błędna. W rzeczywistości jest to bardzo prawdopodobne. Ale nowe wyniki sugerują, że do takiej interakcji mogło dojść w przeszłości, że nie jest to sytuacja trwająca od dziś. Symulacja wykonana przez badaczy pokazała, że kolizja z inną galaktyką może faktycznie znacznie przechylić składające się z ciemnej materii halo. A to może doprowadzić do zakrzywienia samego dysku galaktycznego. W dodatku zakrzywienie takie może zajść – jak na standardy kosmiczne – bardzo szybko, bo w trakcie jednego pełnego obrotu galaktyki. A ten trwa, bagatela, około 250 milionów lat. Źródła: EurekAlert, Nature Astronomy. Nasz ekspert Ewelina Zambrzycka-Kościelnicka Dziennikarka i redaktorka zajmująca się tematyką popularnonaukową. Związana z magazynami portali Gazeta.pl oraz Wp.pl. Współautorka książek „Człowiek istota kosmiczna”, „Kosmiczne wyzwania” i „Odważ się robić wielkie rzeczy”.
Czy w kosmosie istnieją tajemnicze ciemne gwiazdy? Trio badaczy twierdzi, że tak
Dane pozyskane dzięki Kosmicznemu Teleskopowi Jamesa Webba wspierają zaskakującą hipotezę. Możliwe jest, że w kosmosie istnieją ciemne gwiazdy. Czyli takie, które składają się nie ze zwykłej, ale z ciemnej materii.
W tym artykule: Poszukiwanie ciemnych gwiazd Najstarsze galaktyki we Wszechświecie Nieznany rodzaj gwiazd Cała Ziemia i wszyscy jej mieszkańcy zbudowani są z materii zwanej barionową. Bariony to protony i neutrony, składniki każdego jądra atomowego. Jednak naukowcy przypuszczają, że poza nią w kosmosie istnieje jeszcze inny rodzaj materii. To tak zwana ciemna materia. Nazywa się tak, ponieważ nie emituje światła widzialnego ani żadnego innego promieniowania elektromagnetycznego. Oddziałuje ze zwykłą materią wyłącznie za pośrednictwem siły grawitacji. Istnienie ciemnej materii zaproponował astronom Fritz Zwicky w 1933 roku. Badając gromadę galaktyk w Warkoczu Bereniki, zorientował się, że przy danej prędkości ich masa musi być znacząco niedoszacowana. W galaktykach musiało znajdować się bardzo dużo całkowicie niewidocznej materii. Już wówczas pojawiły się przypuszczenia, że może ona tworzyć obiekty, które nazwano ciemnymi gwiazdami. A także planety i całe galaktyki zbudowane z ciemnej materii. Pomysł Zwicky’ego został później wsparty wieloma innymi dowodami pośrednimi. Bezpośrednich na razie brak. Naukowcy rozwijają teorie opisujące, z jakich dokładnie cząstek mogłaby składać się ciemna materia. Wracają również do koncepcji ciemnych gwiazd. Poszukiwanie ciemnych gwiazd Jej orędownikami są Cosmin Ilie, Jillian Paulin i Katherine Freese z Uniwersytetu Colgate i Uniwersytetu Teksańskiego. Badaniem ciemnych gwiazd zajmują się od 2007 roku. Od tego czasu tworzą modele takich obiektów i próbują opisać ich właściwości. Według nich ciemne gwiazdy musiały narodzić się na samym początku Wszechświata. Jak zwykłe gwiazdy, składały się z wodoru i helu z dodatkiem ciemnej materii. To ona stanowiłaby źródło ciepła, ponieważ wewnątrz tych gwiazd nie dochodziłoby do fuzji jądrowej. Za to byłyby ogromne. Oglądane przez obiektywy ziemskich teleskopów mogłyby wyglądać jak galaktyki. Czy coś takiego może istnieć? W najnowszym numerze czasopisma naukowego „PNAS” Illie, Paulin i Freese twierdzą, że tak. Opisują w nim trzy galaktyki zaobserwowane dzięki Kosmicznemu Teleskopowi Jamesa Webba. Zdaniem trojga naukowców, galaktyki JADES-GS-z11, z12 i z13-0 mają charakterystyki zbliżone do właściwości opisywanych przez nich ciemnych gwiazd. Najstarsze galaktyki we Wszechświecie Przed pojawieniem się Teleskopu Webba naukowcy zajmujący się pierwszym okresem istnienia Wszechświata mogli jedynie tworzyć modele teoretyczne. Przyjmowali, że w ciągu kilku pierwszych setek milionów lat chmury wodoru zagęszczały się i zapadały grawitacyjnie, tworząc zwykłe gwiazdy. Według Illie, Paulin i Freese równocześnie formowały się ciemne gwiazdy. Źródłem ich energii byłaby ciemna materia, a nie fuzja wodoru. W jaki sposób ciemna materia miałaby rozgrzewać gwiazdę? „Jeśli cząstki ciemnej materii są swoimi własnymi antycząstkami, wtedy ich anihilacja stanowi źródło ciepła (…), tworzące nowy rodzaj gwiazdy, ciemną gwiazdę” – piszą badacze. „Znajdowałaby się ona w równowadze termicznej i hydrostatycznej”. Co interesujące, ciemnej materii wcale nie musiałoby w nich być dużo. „Składałyby się głównie z wodoru i helu z niewielką domieszką ciemnej materii, stanowiącą poniżej 0,1 procent ich masy” – wyjaśniają. Nieznany rodzaj gwiazd „Niektóre z kandydatek na najstarsze galaktyki odkryte dzięki Teleskopowi Webba mogą być w rzeczywistości ciemnymi gwiazdami” – kontynuują naukowcy w swojej pracy. Miałyby być ogromne, rozmyte i wyjątkowo jasne. Ich masa mogłaby być większa od masy Słońca dziesięć milionów razy. Ich jasność odpowiadałaby jasności Słońca pomnożonej przez dziesięć miliardów. Ciemna energia istnieje? We Włoszech prawdopodobnie zaobserwowano tajemnicze zjawisko W laboratorium półtora kilometra pod powierzchnią Ziemi zaobserwowano tajemnicze zjawisko. Wszystko sugerowało, że to ciemna energia... Nie, to nie jest początek nowej powieści sensacyjnej, ... Takie właściwości sprawiałyby, że ciemne gwiazdy „mogłyby zostać dostrzeżone przez Teleskop Webba” – napisali badaczy. Są oni zdania, że ich teoria wyjaśnia również, skąd we Wszechświecie wzięło się tyle czarnych dziur. „Kiedy ciemna materia się wyczerpie i supermasywna ciemna gwiazda umrze, zapada się do czarnej dziury. Tym samym ciemne gwiazdy mogą wyjaśniać, dlaczego we wczesnym wszechświecie obserwuje się supermasywne czarne dziury” – twierdzą Illie, Paulin i Freese. Ich teoria wyjaśnia również, dlaczego ciemnych gwiazd nie udało się dostrzec do tej pory. Ich zdaniem przed pojawieniem się Telekopu Webba, nie istniało odpowiednio czułe obserwatorium, zdolne zarejestrować światło z początków Wszechświata. Źródła: Phys.org, PNAS. Nasz ekspert Magdalena Salik Dziennikarka naukowa i pisarka, przez wiele lat sekretarz redakcji i zastępczyni redaktora naczelnego magazynu „Focus". Wcześniej redaktorka działu naukowego „Dziennika. Polska, Europa, Świat”. Pasjami czyta i pisze, miłośniczka literatury popularnonaukowej i komputerowych gier RPG. Więcej: magdalenasalik.wordpress.com
Łowca ciemnej materii gotowy do startu. Niedługo Falcon 9 wyniesie obserwatorium nazwane imieniem Euklidesa
W najbliższą sobotę, 1 lipca, ze stanowiska Space Force na Cape Canaveral na Florydzie wystartuje rakieta Falcon 9, na szczycie której umieszczone zostało obserwatorium Euclid. Celem misji jest sporządzenie trójwymiarowej mapy 1,5 miliarda galaktyk odległych nawet o 10 miliardów lat świetlnych od nas.
W tym artykule: Zagadkowa ciemna materia i energia Jak zobaczyć niewidzialne Lustra z kosmicznej ceramiki Misja Euclid potrwa 6 lat Euclid ma wystartować na szczycie rakiety Falcon 9 SpaceX z Cape Canaveral Space Force Station na Florydzie 1 lipca o godz. 17.11 naszego czasu. Obserwatorium ma badać kosmos w bliskiej podczerwieni, a cel nowej misji Europejskiej Agencji Kosmicznej jest bardzo ambitny. Euclid będzie mapować geometrię materii we Wszechświecie, głównie w postaci rozkładu galaktyk. Ma to pozwolić dowiedzieć się więcej o składnikach Wszechświata, których nie widzimy – ciemnej energii i ciemnej materii. Zagadkowa ciemna materia i energia Ciemną energią określa się hipotetyczną formę energii, mającą wypełniać całą przestrzeń. Ma ona wywierać tzw. ujemne ciśnienie, przyspieszając tym samym tempo rozszerzania się Wszechświata. Jest to jedno z pojęć wprowadzonych w celu wyjaśnienia przyspieszania ekspansji kosmosu oraz tzw. problemu brakującej masy we Wszechświecie. Natomiast mianem ciemnej materii określa się hipotetyczną materię nieemitującą i nieodbijającą promieniowania elektromagnetycznego. Jej istnienie zdradzają jedynie wywierane przez nią efekty grawitacyjne. Według danych zebranych na podstawie obserwacji dużych struktur kosmicznych, ciemna materia stanowi ok. 27 proc. bilansu masy i energii Wszechświata. Pierścienie Einsteina odsłonią tajemnicę ciemnej materii? Na razie wskazują, że może być inna niż sądzono Badanie światła zakrzywianego przez galaktyki może pomóc rozwiązać jedną z najważniejszych zagadek fizyki. Czyli wyjaśnić, czym jest ciemna materia – podstawowy składnik, z którego zb... <img src="https://images.immediate.co.uk/production/volatile/sites/63/2024/08/pierscienie-einsteina-odslonia-tajemnice-ciemnej-materii-na-razie-wskazuja-ze-moze-byc-inna-niz-sadzono-fot-esa-hubble-nasa-bf537f9.jpg" width="938" height="380" alt="Pierścienie Einsteina odsłonią tajemnicę ciemnej materii? Na razie wskazują, że może być inna niż sądzono (Fot. ESA/Hubble & NASA)" title="Pierścienie Einsteina odsłonią tajemnicę ciemnej materii? Na razie wskazują, że może być inna niż sądzono (Fot. ESA/Hubble & NASA)" /> Nowoczesne obserwatorium, za którym stoją dwie potężne kosmiczne marki, czyli Thales Alenia Space oraz Airbus Defence and Space, ma badać zasięg i wpływ ciemnego wszechświata w większym stopniu niż kiedykolwiek wcześniej. Według twórców, obserwatorium pomoże zrozumieć początkową ekspansję Wszechświata i wyjaśnić, dlaczego ta ekspansja przyspiesza. Jak zobaczyć niewidzialne – Ciemna energia i ciemna materia ujawniają się poprzez dość subtelne zmiany, jakich dokonują w wyglądzie obiektów w widzialnym Wszechświecie. Tylko w ten sposób możemy je obserwować – powiedział René Laureijs, naukowiec projektu Euclid, podczas niedawnego briefingu Europejskiej Agencji Kosmicznej. René Laureijs wskazał na zjawiska, takie jak soczewkowanie grawitacyjne, które uwidacznia odległe obiekty poprzez efekty grawitacyjne dużego obiektu na pierwszym planie. Euclid będzie w stanie zobaczyć te efekty wyraźniej niż jakiekolwiek obserwatorium przed nim. Będzie działał w głębokim kosmosie, 1,5 miliona kilometrów od Ziemi, w tzw. punkcie Lagrange’a Ziemia-Słońce 2 (L2). Tym samym, w którym operuje Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba. Dwa instrumenty specjalizujące się w detekcji fal podczerwonych i długości fal wizualnych będą współpracować w celu zobrazowania dużych połaci nieba. Dzięki temu uczeni mają wywnioskować, gdzie może znajdować się niewidzialna ciemna materia, obserwując jej wpływ na widzialne obiekty. – Pole widzenia teleskopu wynosi pół stopnia kwadratowego nieba na raz. To naprawdę dużo, nawet w porównaniu z ogromnymi teleskopami kosmicznymi Hubble’a i Webba – powiedział Will Percival, główny koordynator naukowy misji Euclid na kanadyjskim Uniwersytecie Waterloo. Lustra z kosmicznej ceramiki „Oko” Euklidesa ma średnicę 1,2 metra. Wszystkie sześć luster obserwatorium oraz sam teleskop – składający się z ponad 30 części wraz z lustrami – a także ponad 10 części składających się na spektrometr i fotometr bliskiej podczerwieni misji, są wykonane z tego samego materiału. Nie ze szkła, ale z ceramiki naturalnie występującej tylko w kosmosie. To węglik krzemu (SiC). Jest on jednym z najtwardszych znanych materiałów. Używa się go do produkcji narzędzi skrawających, wysokowydajnych hamulców, a nawet kamizelek kuloodpornych. Jednocześnie węglik krzemu jest znacznie lżejszy od szkła. Jest podobny do metalu, ponieważ ma wysoką przewodność cieplną. Jednak, w przeciwieństwie do metali, może ulegać ekstremalnym zmianom temperatury bez deformacji. To czyni go bardzo atrakcyjnym dla astronomii kosmicznej. SiC jest stosunkowo powszechny w kosmosie. Powstaje z połączenia krzemu i węgla przy braku tlenu. Niewielkie jego ilości znaleziono w meteorytach. Na Ziemi został po raz pierwszy zsyntetyzowany jako sztuczny substytut diamentu. Misja Euclid potrwa 6 lat Uruchomienie sondy Euclid potrwa około ośmiu miesięcy, w co wliczony jest już miesięczny tranzyt do L2. Działając w stabilnych warunkach grawitacyjnych, które minimalizują zużycie paliwa, Euklides dokładnie przetestuje swoje instrumenty i systemy, zanim zostanie w pełni włączony około kwietnia 2024 r. Zakładając oczywiście, że uruchomienie nastąpi na czas i przebiegnie bezproblemowo. Obserwatorium Euclid ma działać przez co najmniej sześć lat. Start rakiety można śledzić na żywo na YouTube. Źródło: ESA. Nasz ekspert Ewelina Zambrzycka-Kościelnicka Dziennikarka i redaktorka zajmująca się tematyką popularnonaukową. Związana z magazynami portali Gazeta.pl oraz Wp.pl. Współautorka książek „Człowiek istota kosmiczna”, „Kosmiczne wyzwania” i „Odważ się robić wielkie rzeczy”.
Pierścienie Einsteina odsłonią tajemnicę ciemnej materii? Na razie wskazują, że może być inna niż sądzono
Badanie światła zakrzywianego przez galaktyki może pomóc rozwiązać jedną z najważniejszych zagadek fizyki. Czyli wyjaśnić, czym jest ciemna materia – podstawowy składnik, z którego zbudowany jest Wszechświat.
W tym artykule: Nieuchwytna ciemna materia Dwóch kandydatów na ciemną materię Pierścienie Einsteina Czy Einstein przewidział istnienie pierścieni? – Odkrycie prawdziwej natury ciemnej materii, która manifestuje się jedynie poprzez grawitację, to jedno z głównych wyzwań w fizyce – napisała grupa naukowców na początku swojego artykułu w czasopiśmie „Nature Astronomy”. W pracy tej badacze wykazują, że być może znaleźli klucz do sekretu ciemnej materii. Byłoby nim badanie pierścieni Einsteina. Pierścienie Einsteina powstają, gdy światło jednej galaktyki zostaje zakrzywione przez inną, znajdującą się dokładnie między nią a obserwatorem. Nieuchwytna ciemna materia Czym jest ciemna materia? Naukowcy łamią sobie nad tym głowę od lat. Pytanie jest o tyle trudne, że ciemna materia stanowi większość kosmosu. To ona odpowiada aż za 85 proc. masy całego Wszechświata. Jednak nie reaguje ze światłem: nie emituje go ani nie odbija. O jej istnieniu wiemy tylko dzięki temu, że oddziałuje grawitacyjnie ze „zwykłą” materią. Ciemna energia istnieje? We Włoszech prawdopodobnie zaobserwowano tajemnicze zjawisko W laboratorium półtora kilometra pod powierzchnią Ziemi zaobserwowano tajemnicze zjawisko. Wszystko sugerowało, że to ciemna energia... Nie, to nie jest początek nowej powieści sensacyjnej, ... Naukowcy podejrzewają, że ciemnej materii jest bardzo dużo wokół odległych galaktyk. To ona miałaby stanowić większość ich halo. Ponieważ jednak nie emituje promieniowania elektromagnetycznego, wykrycie jej bezpośrednio na razie okazało się niemożliwe. To samo dotyczy zarejestrowania ciemnej materii w laboratorium. Żadna z prób udowodnienia istnienia ciemnej materii z pomocą eksperymentów przeprowadzanych na Ziemi jeszcze się nie powiodła. Dwóch kandydatów na ciemną materię Pytani o ciemną materię, badacze wskazują na dwa hipotetyczne rodzaje cząstek, z których mogłaby się składać. Pierwsze to tzw. WIMP-y, czyli słabo oddziałujące masywne cząstki (ang. weakly interacting massive particles). Drugie to tzw. aksjony, ultralekkie cząstki, których istnienie zaproponowano w latach 70. poprzedniego wieku. – Według teorii WIMP-y powinny zachowywać się bardziej jak cząstki dyskretne. Natomiast aksjony bardziej jak fale – napisała Rossana Ruggeri z Uniwersytetu Queensland na łamach portalu „The Conversation”. Która z tych hipotez jest prawdziwa? Badania zespołu Alfred Amrutha z Uniwersytetu Hong Kongu opisane w „Nature Astronomy” sugerują, że druga. Pierścienie Einsteina Z teorii względności Einsteina wynika, że wokół masywnych obiektów – np. galaktyk – czasoprzestrzeń jest silnie zakrzywiona. Kiedy światło podróżujące przez galaktykę natrafi na taki obszar kosmosu, ugina się. To zaś oznacza, że obserwując dalekie galaktyki, możemy wykryć światło jeszcze odleglejszych obiektów znajdujących się za nimi. Gdy dwie galaktyki ustawią się idealnie w linii prostej względem obserwatora, wokół tej bliższej powstanie świetlny pierścień. To właśnie jest pierścień Einsteina – światło odległej galaktyki zakrzywione przez grawitację bliższej. Alfred Amruth wraz z zespołem przyjrzał się światłu zakrzywianemu przez galaktykę HS 0810+2554. Następnie badacze opracowali dwa modele zakrzywionego światła. Pierwszy, gdyby czarna materia w HS 0810+2554 składała się z WIMP-ów. A drugi – gdyby była zbudowana z aksjonów. Okazało się, że model z aksjonami bardziej przypominał to, jak HS 0810+2554 wyglądała w rzeczywistości. – Ten wynik sugeruje, że aksjony są bardziej prawdopodobnymi kandydatami na ciemną materię – uważa Rossana Ruggeri. Pisze też, że naukowcy są podekscytowani tym, iż aksjony mogą stanowić wyjaśnienie anomalii soczewkowania grawitacyjnego i innych zagadkowych obserwacji astrofizycznych. Czy Einstein przewidział istnienie pierścieni? Tego, że światło może zakrzywiać się w polu grawitacyjnym, Albert Einstein domyślił się już w 1912 roku. Dwanaście lat później, w 1924 r., rosyjski fizyk Oriest Chwolson opisał szczególny przypadek, gdy źródło światła, obiekt działający jak soczewka grawitacyjna i obserwator będą znajdować się niemal w jednej linii. Chwolson przewidział, że doprowadzi do powstania świetlnego „efektu halo”. Naukowcy wykluczyli istnienie neutrina sterylnego. Dotychczasowe prawa fizyki podważone Trwający 3 lata eksperyment nie odkrył śladów tzw. neutrina sterylnego. Potwierdził za to, że prawa fizyki nie tłumaczą zaobserwowanych anomalii. Była to jednak tylko teoria. „Nie ma nadziei na zaobserwowanie tego fenomenu bezpośrednio” – pisał Einstein w 1936 r. Rozważał bowiem światło gwiazdy, które byłby trudne do uchwycenia. I chociaż się pomylił, to zaobserwowanie pierścienia faktycznie okazało się wyjątkowo trudne. Pierwszy kompletny pierścień Einsteina został odkryty dopiero w 1998 r. z pomocą Teleskopu Hubble’a. Źródła: The Conversation, Nature Astronomy. Nasz ekspert Magdalena Salik Dziennikarka naukowa i pisarka, przez wiele lat sekretarz redakcji i zastępczyni redaktora naczelnego magazynu „Focus". Wcześniej redaktorka działu naukowego „Dziennika. Polska, Europa, Świat”. Pasjami czyta i pisze, miłośniczka literatury popularnonaukowej i komputerowych gier RPG. Więcej: magdalenasalik.wordpress.com
Czy mogą istnieć planety składające się wyłącznie z ciemnej materii? Naukowcy mają pomysł, jak je wykryć
Planety, które znamy, zbudowane są ze zwykłej materii. Jednak grupa naukowców twierdzi, że w kosmosie mogą również istnieć globy składające się wyłącznie z ciemnej materii. Czy umielibyśmy je wykryć?
W tym artykule: Ciemna materia – co to jest? Planety z ciemnej materii? Czy da się wykryć planety z ciemnej materii? Jak wykryć planetę z ciemnej materii Ciemna materia jest jedną z największych zagadek Wszechświata. Nie wiemy, czym jest. Nie wiemy, jak wygląda ani z czego się składa. O ciemnej materii wiadomo jedynie tyle, że stanowi źródło siły grawitacyjnej i że grawitacja na nią oddziałuje. Oraz że jest jej około pięć razy większej niż „zwykłej” materii, z jaką mamy do czynienia na co dzień. Ciemna materia – co to jest? Po raz pierwszy na trop ciemnej materii naukowcy padli prawie sto lat temu. Szwajcarski astronom i astrofizyk Fritz Zwicky w latach 30. poprzedniego wieku badał gromadę galaktyk w gwiazdozbiorze Warkocza Bereniki. Oszacował łączną masę składników gromady i ich prędkość poruszania się. Dane się nie zgadzały. Ruch galaktyk wskazywał, że ich masa jest znacznie większa, niż wynikało z obliczeń uzyskanych na podstawie obserwacji ich światła. Wokół Ziemi ma krążyć ARRAKIHS. To kosmiczny teleskop, który zapoluje na ciemną materię Europejska Agencja Kosmiczna (ESA) chce wysłać w kosmos ARRAKIHS. A chociaż nazwa nawiązuje bezpośrednio do „Diuny” Franka Herberta, nowe obserwatorium kosmiczne nie będzie czaić się na... <img src="https://images.immediate.co.uk/production/volatile/sites/63/2024/08/wokol-ziemi-ma-krazyc-arrakihs-to-kosmiczny-teleskop-ktory-zapoluje-na-ciemna-materie-fot-sanka-vidanagama-nurphoto-via-getty-images-9929619.jpg" width="938" height="626" alt="Wokół Ziemi ma krążyć ARRAKIHS. To kosmiczny teleskop, który zapoluje na ciemną materię (Fot. Sanka Vidanagama/NurPhoto via Getty Images)" title="Wokół Ziemi ma krążyć ARRAKIHS. To kosmiczny teleskop, który zapoluje na ciemną materię (Fot. Sanka Vidanagama/NurPhoto via Getty Images)" /> Wynik podważał istniejące status quo. Sprawiło to, że obliczenia Zwicky’ego wielu uznało za błędne. Faktycznie później okazało się, że uczony przeszacował ilość „brakującej” niewidocznej masy. Jednak nie pomylił się, twierdząc, że masa galaktyk szacowana dzięki mierzeniu ich jasności była zaniżona. Kilkadziesiąt lat później astronomka Vera Rubin mierzyła tempo obracania się galaktyk spiralnych. Okazało się, że gwiazdy w takich galaktykach poruszają się o wiele szybciej, niż powinny. Szczególnie dotyczyło to gwiazd w zewnętrznych rejonach galaktyki. Ich prędkość była tak duża, że mogłyby w ogóle uciekać z galaktyk. Coś jednak trzymało je na miejscu. Planety z ciemnej materii? To coś nie emituje żadnego światła i dlatego zostało ogólnie nazwane ciemną materią. Większość naukowców jest przekonana, że tworzą ją pewne nieznane nauce cząstki. Nigdy jeszcze nie udało się ich wykryć. Ani w urządzeniach badawczych na Ziemi, ani poza nią. Generalnie teorie opisujące ciemną materię dzielą ją na różne rodzaje. Według najpopularniejszych hipotez składa się ona z pojedynczych cząstek – tzw. WIMPów (ang. Weakly Interactive Massive Particles). Jednak istnieją również bardziej egzotyczne pomysły. Jeden zakłada, że ciemna materia może występować w postaci tzw. makr (ang. macros). Byłoby to makroskopowe obiekty, które mogłyby mieć nawet masę zbliżoną do planet. Czy da się wykryć planety z ciemnej materii? Tą hipotetyczną makroskopową ciemną materią zajął się astrofizyk Yang Bai z Uniwersytetu Wisconsin-Madison wraz z dwoma badaczami. Na serwisie preprintów naukowych arXiv.org ukazała się właśnie ich praca o nowej kategorii planet. „Według obowiązujących teorii, wszystkie egzoplanety składają się ze zwykłej materii” – piszą autorzy artykułu. „Proponujemy rozważenie nieszablonowej możliwości, że niektóre planety mogą składać się z ciemnej materii. Nazywamy je ciemnymi egzoplanetami”. Takimi obiektami byłyby właśnie makra. „Makroskopowe stany ciemnej materii, o masie i/lub promieniu takich, jak mają planety, w układach gwiezdnych zachowywałoby się jak egzoplanety” – uważają badacze. I to nawet wtedy, gdyby rządziły nimi nieznane jeszcze prawa fizyki. Jak wykryć planetę z ciemnej materii A gdyby zachowywały się jak planety, można by je wykryć. Jak? Zdaniem badaczy o istnieniu ciemnych egzoplanet świadczyłoby różnego rodzaju dające się zmierzyć anomalie. Np. takie globy mogłyby wydawać się ultragęste (gęstsze niż gdyby składały się z żelaza). Albo przeciwnie – niezwykle rzadkie. Światło gwiazdy po przejściu przez ich atmosferę miałoby nietypowe spektrum. Podobnie jak krzywa blasku – czyli krzywa pokazująca zmiany jasności gwiazdy, gdy wokół niej krąży planeta. Ciemna energia istnieje? We Włoszech prawdopodobnie zaobserwowano tajemnicze zjawisko W laboratorium półtora kilometra pod powierzchnią Ziemi zaobserwowano tajemnicze zjawisko. Wszystko sugerowało, że to ciemna energia... Nie, to nie jest początek nowej powieści sensacyjnej, ... „Z powodu niezwykle słabego, ale jednak istniejącego oddziaływania z cząstkami Modelu Standardowego, ciemne planety mogłyby nie być całkowicie matowe” – piszą autorzy. „A zatem w ich przypadku krzywa blasku byłaby nieco inna niż dla zwyczajnych egzoplanet”. Naukowcy zaproponowali, jak taka krzywa mogłaby wyglądać. W swoim artykule napisali również, że w pewnych warunkach ciemne egzoplanety o dużych promieniach (wynoszących 10 proc. promienia gwiazdy) mogłyby zostać wykryte z pomocą obecnie istniejących teleskopów. Warto dodać, że niedawno inni naukowcy ogłosili, iż odkryli tzw. ciemną galaktykę karłowatą, która składa się prawie wyłącznie z ciemnej materii. Źródła: Science Alert, arXiv.org. Nasz ekspert Magdalena Salik Dziennikarka naukowa i pisarka, przez wiele lat sekretarz redakcji i zastępczyni redaktora naczelnego magazynu „Focus". Wcześniej redaktorka działu naukowego „Dziennika. Polska, Europa, Świat”. Pasjami czyta i pisze, miłośniczka literatury popularnonaukowej i komputerowych gier RPG. Więcej: magdalenasalik.wordpress.com
Wokół Ziemi ma krążyć ARRAKIHS. To kosmiczny teleskop, który zapoluje na ciemną materię
Europejska Agencja Kosmiczna (ESA) chce wysłać w kosmos ARRAKIHS. A chociaż nazwa nawiązuje bezpośrednio do „Diuny” Franka Herberta, nowe obserwatorium kosmiczne nie będzie czaić się na czerwie i przyprawę. Spróbuje zbadać coś nawet bardziej tajemniczego niż substancja z kultowej powieści. Zaczai się na ciemną materię.
W tym artykule: Teleskop ARRAKIHS będzie szukał ciemnej materii ARRAKIHS to misja podobna do Comet Interceptor Jak wykryć ciemną materię? ARRAKIHS zostanie wyposażony w superczułą kamerę Znany z „Diuny” melanż, zwany przyprawą, pozwalał nawigować pilotom statków kosmicznych. Dzięki tej substancji dostrzegali to, co niewidoczne, czyli np. bezpieczną ścieżkę w czasoprzestrzeni. Poza tym melanż był narkotykiem, bardzo skomplikowaną chemicznie substancją dającą niezwykłą moc. A choć o melanżu nie wiemy dużo, to jeszcze mniej wiemy o wyjątkowo tajemniczej ciemnej materii. To hipotetyczna forma materii, która nie emituje i nie odbija promieniowania elektromagnetycznego. Teleskop ARRAKIHS będzie szukał ciemnej materii Głównym celem misji ARRAKIHS jest właśnie badanie ciemnej materii. Według naukowców może być jej nawet do pięciu razy więcej we Wszechświecie niż zwykłej materii. Ze względu na jej właściwości, bezpośrednie wykrycie ciemnej materii jest bardzo trudne. Jej istnienie zdradzają jedynie wywierane przez nią efekty grawitacyjne. I właśnie te efekty grawitacyjne ma wykrywać teleskop ARRAKIHS. Poszuka ich w galaktykach karłowatych, okrążających galaktyki takie jak nasza Droga Mleczna. ARRAKIHS to misja podobna do Comet Interceptor Misja jest klasyfikowana jako szybka (F), czyli ma przyspieszony czas realizacji. Ten przyspieszony czas oznacza, że od momentu ogłoszenia misji do jej faktycznego startu nie powinno upłynąć więcej niż 10 lat. Pod względem realizacji będzie to misja analogiczna np. do Comet Interceptor. Ta misja ma zbadać tzw. dziewiczą kometę. Zgodnie z planem Comet Interceptor wystartuje w 2029 roku. Potem zakotwiczy potrójną sondę w tzw. punkcie libracyjnym L2. Zaledwie kilka miesięcy później ma wystartować ARRAKIHS. Ów satelita ma nawet przelecieć w pobliżu Comet Interceptora. Jak wykryć ciemną materię? Ponieważ ciemna materia wciąż wymyka się wykryciu, misja będzie celować w źródła światła, które są na nią wrażliwe. – Spodziewamy się, że normalna materia – ta, która faktycznie emituje światło, taka jak gwiazdy w galaktykach – porusza się głównie pod wpływem ciemnej materii. Wierzymy, że całe galaktyki są przemieszczane tam i z powrotem przez leżącą pod spodem ciemną materię – przekonuje dr Rafael Guzmán z Instytutu Fizyki Uniwersytetu w Kantabrii, twórca założeń misji. Uważa się, że ciemna materia jest nierównomiernie rozmieszczona we Wszechświecie. Tworzy swego rodzaju „kosmiczną sieć”, rozciągającą się na ogromnych odległościach. Niektóre z tych zagęszczeń powinny być wypełnione małymi galaktykami zwanymi galaktykami karłowatymi, podczas gdy inne składałyby się wyłącznie z ciemnej materii. Wskazówką mogą być również szczątki po tych galaktykach karłowatych, które zapuszczają się zbyt blisko swych galaktyk macierzystych. Gdy otaczająca ciemna materia rozrywa te galaktyki poprzez pływy grawitacyjne, zaczynają one rozpadać się w długie strumienie gwiazd. Te cienkie zasłony światła są kolejnym połączeniem z niewidzialnym. – Licząc i mierząc ich kształty, możemy wywnioskować, z jakiego rodzaju cząstek składa się ciemna materia. A ostatecznie, który model kosmologiczny jest najdokładniejszy – dodaje dr Guzmán. ARRAKIHS zostanie wyposażony w superczułą kamerę Obserwowanie tego słabego światła gwiazd okazało się wyzwaniem nawet dla największych teleskopów naziemnych. Wymaga to bardzo głębokiego obrazowania i przeglądu dużych części nieba. Poza tym atmosfera ziemska jest w tym przypadku przeszkodą. ARRAKIHS będzie prowadził obserwacje z kosmosu. Dokona tego za pomocą innowacyjnej kamery, która bada głębiej zarówno światło widzialne, jak i tzw. bliską podczerwień. Ma też szerokie pole widzenia i doskonałą rozdzielczość. Ciemna energia istnieje? We Włoszech prawdopodobnie zaobserwowano tajemnicze zjawisko W laboratorium półtora kilometra pod powierzchnią Ziemi zaobserwowano tajemnicze zjawisko. Wszystko sugerowało, że to ciemna energia... Nie, to nie jest początek nowej powieści sensacyjnej, ... Teleskop ma obserwować około sto układów podobnych do naszej Galaktyki. Znajdują się one w odległości do 100 milionów lat świetnych od nas. – ARRAKIHS odnajdzie wiele brakujących elementów układanki, której częścią kluczową jest ciemna materia. Pozwoli to uzupełnić naszą wiedzę o bliskim Wszechświecie. Stanie się również przyczynkiem do nowych, pogłębionych obserwacji prowadzonych dzięki budowanym obecnie obserwatoriom, takim jak Obserwatorium Very Rubin. Mamy nadzieję, że te szczegółowe, połączone obserwacje w końcu ujawnią tajemnicę ciemnej materii – mówi dr Guzmán. Źródło: ESA. Nasz ekspert Ewelina Zambrzycka-Kościelnicka Dziennikarka i redaktorka zajmująca się tematyką popularnonaukową. Związana z magazynami portali Gazeta.pl oraz Wp.pl. Współautorka książek „Człowiek istota kosmiczna”, „Kosmiczne wyzwania” i „Odważ się robić wielkie rzeczy”.
Czy istnieją ciemne galaktyki? Naukowcy twierdzą, że właśnie odkryli pierwszą z nich
Galaktykę, która w ogóle nie emituje światła widzialnego, wypatrzyli astronomowie z Chińskiej Akademii Nauk w Pekinie. To najprawdopodobniej tzw. ciemna galaktyka karłowata, która składa się prawie wyłącznie z ciemnej materii.
W tym artykule: Pierwsza ciemna galaktyka karłowata Problem ciemnej materii Jak odkryto ciemną galaktykę? Najmłodsze galaktyki Galaktyki są pełne gwiazd oraz chmur świecącego gazu i pyłu. Niekiedy wybuchają w nich ultrajasne supernowe. Ich obserwacje można więc prowadzić, rejestrując docierające do Ziemi światło widzialne. Jednak to, co da się w ten sposób zobaczyć, nie wyczerpuje listy składników większości galaktyk. Zazwyczaj zawierają one również czarne dziury, które pochłaniają nie tylko materię, ale i całe światło. A także planety swobodne, poruszające się poza układami gwiezdnymi, i bardzo trudne do wypatrzenia. Największy niewidoczny składnik stanowi zaś tzw. ciemna materia. To enigmatyczna forma materii, która na naszą, „zwykłą” materię oddziałuje tylko grawitacyjnie. Przypuszczalnie to właśnie ona sprawia, że szybko obracające się galaktyki nie rozpadają się. Czy możliwe jest, by jakaś galaktyka składała się wyłącznie z elementów, których nie możemy zobaczyć? Zdaniem badaczy tak. Istnieje hipoteza zapowiadająca istnienie tzw. ciemnych galaktyk. Czyli galaktyk składających się prawie wyłącznie z ciemnej materii. Jak można się domyślić, sfalsyfikowanie tej teorii jest nadzwyczaj trudne. Pierwsza ciemna galaktyka karłowata Chińscy astronomowie ogłosili właśnie, że udało im się tego dokonać. W serwisie preprintów naukowych arXiv.org ukazała się ich praca, w której opisują odkrycie ciemnej galaktyki karłowatej oznaczonej jako FAST J0139+4328. Znajduje się ona w odległości 94 mln lat świetlnych od nas. W aż 98 proc. składa się z ciemnej materii. Nasza galaktyka jest prawdopodobnie pełna martwych cywilizacji Według naukowców, większość pozaziemskich cywilizacji, które mogły powstać w naszej galaktyce, zdążyła się do tej pory prawdopodobnie unicestwić. – Nasze odkrycie dostarcza dowodów obserwacyjnych, że FAST J0139+4328 to odizolowana ciemna galaktyka karłowata – napisali naukowcy w swojej pracy. – Po raz pierwszy taki rodzaj galaktyki został odnaleziony w pobliskim Wszechświecie. Problem ciemnej materii Głównym problem z koncepcją ciemnej materii polega na tym, że z założenia jej wpływ na otocznie jest ograniczony. Jak już wspomnieliśmy, ciemna materia oddziałuje na zwykłą wyłącznie z pomocą grawitacji. Nie emituje żadnego rodzaju promieniowania, które moglibyśmy wykryć i zmierzyć. Ta dodatkowa „masa” Wszechświata pozostaje więc całkowicie nieuchwytna, a o jej istnieniu wnioskujemy jedynie pośrednio. Teoria ciemnej materii ma również pewne luki. Symulacje jej rozkładu we Wszechświecie nie zgadzają się z ilością obserwowanych galaktyk karłowatych, który orbitują wokół większych galaktyk. Galaktyki karłowate to takie, w których skład wchodzą jedynie miliony i miliardy gwiazd. Satelickie galaktyki Drogi Mlecznej – Wielki Obłok Magellana i Mały Obłok Magellana – są właśnie galaktykami karłowatymi. Jak odkryto ciemną galaktykę? Rozwiązaniem rozbieżności między rozkładem ciemnej materii a ilością galaktyk karłowatych jest założenie, że istnieje pewien typ galaktyk karłowatych, które wymykają się obserwacjom. Naukowcy zaproponowali, że mogłyby to być ciemne galaktyki, składające się bardzo niewielu gwiazd, za to ogromnej ilości czarnej materii. Ich poszukiwania trwały od lat. Choć pojawiły się pewne kandydatki na ciemne galaktyki – takie jak np. Dragonfly 44 – na razie nie udało się potwierdzić ich statusu. By nie było wątpliwości, idealnie byłoby wykryć izolowaną ciemną galaktykę, znajdującą się z daleka od innych. Do poszukiwania takiego obiektu chińscy naukowcy wykorzystali gigantyczny teleskop FAST (Five hundred meter Aperture Spherical radio Telescope). Z jego pomocą chcieli zarejestrować fale radiowe, których źródłem są ogromne obłoki wodoru atomowego. W odległości 94 mln lat świetlnych odkryli obłok emitujący fale radiowe, ale nie światło widzialne. Charakterystyki wykrytego promieniowania wskazywały, że tworzy on obracający się dysk galaktyki FAST J0139+4328. Dalsze obserwacje w ultrafiolecie i podczerwieni wskazały, że znajdują się w niej niewielkie skupiska gwiazd. Jak umrze nasza Galaktyka? Wyparuje. Pozostanie po niej rozległe cmentarzysko martwych gwiazd Pozostałości po gwiazdach naszej Galaktyki mogą być wypychane poza Drogę Mleczną – uważają badacze z Instytutu Astronomicznego w Sydney. Oznaczałoby to, że nasza Galaktyka powoli traci ... <img src="https://images.immediate.co.uk/production/volatile/sites/63/2024/08/jak-umrze-nasza-galaktyka-wyparuje-pozostanie-po-niej-rozlegle-cmentarzysko-martwych-gwiazd-fot-getty-images-1212302.jpg" width="938" height="625" alt="Jak umrze nasza Galaktyka? Wyparuje. Pozostanie po niej rozległe cmentarzysko martwych gwiazd (fot. Getty Images)" title="Jak umrze nasza Galaktyka? Wyparuje. Pozostanie po niej rozległe cmentarzysko martwych gwiazd (fot. Getty Images)" /> Naukowcom udało się wyznaczyć całkowitą masę FAST J0139+4328. Wynosi ona aż 5,1 mld mas Słońca. Gwiazdy wchodzące w jej skład mają masę nie większą niż 690 tys. mas Słońca, a wodór atomowy – 83 mln mas Słońca. Pod odjęciu zsumowanej szacowanej masy zwykłej materii od całkowitej masy FAST J0139+4328 okazało się, że 98 proc. tej galaktyki składa się z ciemnej materii. Najmłodsze galaktyki Odkrycie wymaga potwierdzenia przez inne zespoły naukowe. Może się okazać, że FAST J0139+4328 jest czymś innym, niż proponują chińscy naukowcy. Jednak jeśli ich hipoteza się potwierdzi, możliwe jest, że udało im się dostrzec bardzo młodą galaktykę. – Zakłada się, że galaktyki powstają z gazu, który ochładza się i skupia w gwiazdy w środku halo – napisali w artykule. – FAST J0139+4328 ma obracający się gazowy dysk i składa się w absolutnej większości z ciemnej materii, ale prawie nie ma gwiazd. Można z tego wywnioskować, że ta ciemna galaktyka to po prostu galaktyka na jednym z pierwszych etapów formowania się – dodali. Źródła: ScienceAlert, arXiv.org. Nasz ekspert Magdalena Salik Dziennikarka naukowa i pisarka, przez wiele lat sekretarz redakcji i zastępczyni redaktora naczelnego magazynu „Focus". Wcześniej redaktorka działu naukowego „Dziennika. Polska, Europa, Świat”. Pasjami czyta i pisze, miłośniczka literatury popularnonaukowej i komputerowych gier RPG. Więcej: magdalenasalik.wordpress.com
Ile waży neutrino? Naukowcy w końcu zważyli najlżejszą cząstkę elementarną znaną fizyce
Fizycy właśnie pobili kolejny rekord. Udało im się określić, ile waży neutrino – nieuchwytna cząstka elementarna.
W tym artykule: Neutrino – historia odkrycia i właściwości Jak zmierzono masę neutrina? Masa neutrina – ile wynosi? Udało nam się precyzyjnie określić, ile waży neutrino – ogłosili badacze z Instytutu Technologicznego Karlsruhe (KIT). Ta nieuchwytna cząstka elementarna od dawna fascynuje fizyków. Pracę naukową niemieckich badaczy opublikowało czasopismo „Nature Physics”. Neutrino – historia odkrycia i właściwości Istnienie neutrina zostało teoretycznie przewidziane w 1930 roku przez Wolfganga Pauliego. Fizyk ten zaproponował istnienie takiej cząstki, by zbilansować energię tzw. rozpadu promieniotwórczego beta. Chodziło o to, że energia neutronu nie odpowiadała sumie energii cząsteczek, które z niego powstawały. To kłóci się z jednym z fundamentów fizyki – zasadą zachowania energii. Pauli wpadł na pomysł, że brakująca część energii unoszona jest przez trudną do wykrycia (a jego zdaniem w ogóle niewykrywalną) cząstkę. Czy dziwne sygnały pochodzące z kosmosu zarejestrowane na Antarktydzie są dowodem na istnienie równoległego wszechświata? Dziwne sygnały na biegunie południowym do tej pory wymykały się jakimkolwiek przekonującym wyjaśnieniom. Z czasem nazwano ją neutrino. Bardzo długo nie udawało się potwierdzić jej istnienia. Neutrino nie ma ładunku elektrycznego i bardzo słabo oddziałuje z innymi cząstkami. Nie było nawet pewne, czy ma masę. Część fizyków zakładała, że może być w ogóle pozbawione masy, tak jak foton. Inni uważali, że neutrino ma masę, tylko bardzo niewielką. Jak zmierzono masę neutrina? To, czy neutrino ma masę, ma wielkie znaczenie dla teorii fizycznych. Dokładne określenie tej masy pomoże nam lepiej zrozumieć Wszechświat. Jak jednak można zważyć cząstkę elementarną, która prawie nie wchodzi w interakcje z resztą materii, z której jesteśmy zbudowani my i nasze przyrządy pomiarowe? Neutrina nieustannie przenikają przez nas jak duchy. Aby mieć pewność, że jedno neutrino zostanie zatrzymane, należałoby na jego drodze ustawić płytę ołowiu o grubości jednego roku świetlnego (9,5 bilionów kilometrów). Do wykrywania istnienia neutrin służą ogromne detektory, ukryte głęboko pod powierzchnią ziemi. Jest nowy rekord pomiaru czasu to: zeptosekundy Naukowcy zmierzyli najkrótszą jednostkę czasu obserwując cząstkę światła przechodzącą przez molekułę wodoru (H2). Zabrało jej to 247 zs (zeptosekund). Jedna zeptosekunda to 10-21 sekundy. Zważenie neutrina to cel międzynarodowego projektu KATRIN, którym kieruje Instytut Technologiczny Karlsruhe. W przedsięwzięciu biorą udział badacze z sześciu krajów, m.in. z USA, Hiszpanii, Czech i Rosji. Uczeni wykorzystują zjawisko rozpadu promieniotwórczego beta, zachodzącego w atomach izotopu wodoru zwanego trytem. KATRIN to aparatura badawcza o długości 70 m. W jej skład wchodzi źródło trytu oraz ogromny spektrometr, który precyzyjnie mierzy właściwości elektronów powstających podczas rozpadu beta. Eksperyment zaczął się w 2019 r. i gromadzi coraz dokładniejsze dane. – Teraz udało nam się ograniczyć zakłócenia i wyodrębnić czysty sygnał. W ten sposób osiągnęliśmy nowe rezultaty – mówi prof. Christian Weinheimer z Westfalskiego Uniwersytetu Wilhelma w Münsterze, rzecznik KATRIN. Masa neutrina – ile wynosi? Masy cząstek elementarnych określa się w jednostkach zwanych elektronowoltami (eV). W fizyce cząstek najczęściej operuje się wielokrotnościami tej jednostki: tysiącami (keV), milionami (MeV), miliardami (GeV) czy bilionami (TeV). Oto masy niektórych cząstek elementarnych: elektron – 0,511 MeV, proton – 0,938 GeV, neutron – 0,938 GeV, bozon Higgsa, zwany Boską Cząstką – ok. 126 GeV. Neutrino jest jednak tak lekkie, że jego masa wynosi mniej niż jeden elektronowolt. Dlatego tak trudno było ją dokładnie zmierzyć. Naukowcy prowadzący eksperyment KATRIN ogłosili, że masa neutrina wynosi nie więcej niż 0,8 eV. Jak odkrycie NASA na Antarktydzie stało się wiralowym ”dowodem na istnienie równoległego świata, gdzie czas biegnie do tyłu” NASA odkryło, że nie powinniście czerpać informacji naukowych z tabloidów, kpi fizyk, którego obserwacje z Antarktydy stały się ”dowodem na istnienie równoległego świata, gdzie czas bi... – Po raz pierwszy udało się zejść w pomiarach poniżej granicy jednego elektronowolta. To ekscytujące osiągnięcie – komentuje John Wilkerson z Uniwersytetu Karoliny Północnej, jeden z uczonych zaangażowanych w KATRIN. To jednak nie koniec badań. Mają one potrwać co najmniej do 2024 r. Naukowcy mają nadzieję na jeszcze precyzyjniejsze zmierzenie masy neutrina. Pomoże w tym m.in. nowy detektor TRISTAN. Dzięki niemu uczeni mają nadzieję zważyć tzw. neutrina sterylne. To cząstki, które mogą wchodzić w skład tajemniczej ciemnej materii, wypełniającej Wszechświat. Źródło: Nature Physics
Czy dziwne sygnały pochodzące z kosmosu zarejestrowane na Antarktydzie są dowodem na istnienie równoległego wszechświata?
Dziwne sygnały na biegunie południowym do tej pory wymykały się jakimkolwiek przekonującym wyjaśnieniom.
W tym artykule: Wszystkiemu winne są neutrina Ciemna materia? Sygnały, o których mowa, zostały wykryte przez anteny radiowe NASA, które unoszą się ponad Antarktydą dzięki specjalnemu balonowi. Urządzenie, o nazwie (w wolnym tłumaczeniu) Antarktyczna Antena Impulsowa (z ang. ANITA), odbiera sygnały radiowe powstające w momencie, w którym, cząstki wysokoenergetyczne trafiające na naszą planetę dalekiego kosmosu stykają się z ziemską atmosferą. Niektóre fale trafiają do anten bezpośrednio, inne najpierw odbijają się od lodu na powierzchni kontynentu. ANITA potrafi je odróżniać odróżnić. To bardzo ważne, ponieważ w trakcie swoich misji system odebrał sygnały, które wydawały się być anomaliami. Wydawały się pochodzić z... powierzchni Ziemi. „To oznacza, że musiały przebyć część ostatniego etapu swej drogi przechodząc przez ziemski grunt, zanim ostatecznie zostały wychwycone przez nasze anteny" - mówi fizyk Stephanie Wissel z Uniwersytetu Pensylwanii, która pracuje przy eksperymencie ANITA. Wszystkiemu winne są neutrina Wyjaśnieniem tej „anomalii” są neutrina. To wysokoenergetyczne cząstki, które mogą bez problemu przejść przez niemal każdy materiał, Dodatkowo wytwarzają też specyficzne impulsy radiowe, które wychwyciła ANITA. Aby dokładniej zbadać niezwykłe sygnały, fizycy skorzystali z innego urządzenia: teleskopu „IceCube” (dosł. kostka lodu). To wyjątkowy teleskopu neutrinowy, który nie przypomina jednak typowego urządzenia jakie kojarzymy z tym słowem. To system detektorów połączonych w długie łańcuchy, które zostały zakopane w okolicach bieguna południowego. Neutrina przechodzące przez lód mogą wytwarzać inne cząstki, które z kolei emitują małe błyski światła. To właśnie te rozbłyski ma za zadanie wykryć teleskop „IceCube”. Jednak użycie specyficznego teleskopu, o nie mniej osobliwej nazwie, nie dało żadnych rezultatów. „Jeśli sygnał z anteny ANITA był natury astrofizycznej, to powinniśmy byli być w stanie zauważyć jego wykrycie przez teleskop „IceCube”. Nic takiego się jednak nie stało", zdradza fizyk Justin Vandenbroucke z Uniwersytetu Wisconsin, który jednym z naukowców pracujących w obserwatorium neutrin. Ciemna materia? Wszystko to oznacza, że naukowcy muszą kontynuować poszukiwania mniej oczywistych wyjaśnień. Niektórzy proponują wyjaśnienie mówiące, że anomalie w odczytach anten ANITA mają swoje źródło w falach radiowych, które odbijają się od jaskiń lub jezior znajdujących się głęboko pod antarktycznym lodem. Inni naukowcy, z kolei, mają bardziej ekscytujące pomysły. Twierdzą, że wykryte sygnały mają związek z wysokoenergetycznymi cząstkami o dużej masie, a które odpowiadają ich zdaniem temu, co mogłaby pozostawić po sobie ciemna materia. Twór, który, jak się uważa, stanowi nawet 85% całej materii we wszechświecie. Ciemna materia jednak nigdy nie została wykryta i jest jedynie naukową tezą wymagającą potwierdzenia dowodami. Jeszcze inni naukowcy proponują hipotezę zgodnie z którą wskazania aparatury badawczej mogą pasować do istniejącego teoretycznego modelu równoległego wszechświata. Czyli takiego wszechświata, który jest symetryczny do naszego, ale zamiast materią, jest wypełniony antymaterią i w którym czas biegnie w odwrotnym kierunku. Która z hipotez jest najbliższa prawdy, pokażą dalsze badania, które są kontynuowane.
Zobaczyć niewidzialną część wszechświata
Widzimy jedynie niewielki ułamek tego, co istnieje. Aby móc wykonać przynajmniej pierwszy rzut oka na ukryty w cieniu wszechświat wokół nas, naukowcy nauczyli się wykrywać inne rzeczy: ciemną materię i ciemną energię.
Kiedyś kosmolodzy „często się mylili, ale nigdy nie mieli wątpliwości”. Dziś mylą się rzadziej, ale wątpliwości są coraz większe. Po dziesięcioleciach badań z wykorzystaniem coraz lepszych teleskopów, detektorów światła i komputerów wiadomo, że wszechświat narodził się 13 mld 820 mln lat temu. Najprawdopodobniej jako pęcherzyk mniejszy od atomu. Po raz pierwszy astrofizycy zdołali zmapować kosmiczne promieniowanie tła (światło uwolnione, gdy wszechświat miał jedynie 378 tys. lat) z dokładnością do 0,1 proc. Ale stwierdzili także, że wszystkie gwiazdy i galaktyki, które widzą na niebie, stanowią jedynie 5 proc. wszechświata, który jesteśmy w stanie obserwować. W dodatku niewidzialna większość składa się z 27 proc. ciemnej materii i 68 proc. ciemnej energii – o których na razie nie wiadomo praktycznie nic. Ciemna materia – choć nikt nie wie, czym właściwie jest – według naukowców odpowiada za wyrzeźbienie płaszczyzn i serpentyn galaktyk, które tworzą wielkoskalową strukturę wszechświata. Ciemna energia jest jeszcze bardziej tajemnicza. Termin ten ukuto, aby opisać wszystko, co przyspiesza tempo jego rozszerzania się. Dziś jest „ogólną etykietą określającą wszystko, czego nie wiemy o właściwościach wszechświata w dużej skali”. Dzisiejszy stan wiedzy kosmologów można by porównać do tej, jaką dysponował Thomas Jefferson w 1804 r., gdy wysłał Meriwethera Lewisa i Williama Clarka na poszukiwanie mamutów włochatych. Ówczesny prezydent Stanów Zjednoczonych i jego współcześni zdawali sobie sprawę, że ogromne połacie Ameryki Północnej od rzeki Missisipi do Oceanu Spokojnego kryć mogą wiele naukowych niespodzianek, ale mieli jedynie mgliste pojęcie o tym, co mogło się tam znajdować. (Czytaj też: Kosmos – obłędnie daleko) Pierwsze podejrzenia dotyczące wszechobecności ciemnej materii pojawiły się w latach 30. ubiegłego stulecia. Szwajcarski astronom Fritz Zwicky, pracując w Mount Wilson w południowej Kalifornii, zmierzył wówczas prędkości, z jaką galaktyki w gromadzie Coma (321 mln lat świetlnych od Ziemi) obracają się wokół jej centrum. Z jego obliczeń jasno wynikało, że musi ona zawierać o wiele więcej niż to, co widzimy. W przeciwnym wypadku galaktyki już dawno odleciałyby w przestrzeń kosmiczną. Skoro gromada Coma przetrwała miliardy lat – wnioskował Zwicky – mogło to oznaczać tylko jedno: „we wszechświecie obecna jest ciemna materia o gęstości o wiele większej niż gęstość widzialnej materii”. Dalsze badania pokazały, że galaktyki nigdy by nie powstały, gdyby grawitacja ciemnej materii nie zgromadziła podstawowych materiałów do ich budowy. Ale ciemna materia nie może być po prostu niewidzialną formą zwykłej materii, bo wówczas byłoby jej po prostu za mało. Biliony ciemnych obiektów zbudowanych ze zwykłej materii – m.in. czarne dziury, gwiazdy karły, chmury zimnego gazu i planety wędrowniczki, które zostały „wystrzelone” ze swoich kolebek – nie odpowiadają pięciokrotności masy jasnej materii. Dlatego naukowcy są przekonani, że ciemna materia składać się musi z bardziej egzotycznych materiałów. (Przeczytaj też: Światło na ciemną energię) Teoretycy pracujący w dziedzinie zwanej supersymetryczną fizyką kwantową wymyślili mnóstwo nieobserwowanych odmian materii, z których jedna lub więcej mogą okazać się ciemną materią. Ale ostatnie wyniki doświadczeń uzyskane za pomocą Wielkiego Zderzacza Hadronów (LHC, ang. Large Hadron Collider) w CERN (Europejska Organizacja Badań Jądrowych) nie napawają optymizmem. Zamiast spekulować, czym ciemna materia naprawdę jest, większość badaczy twierdzi obecnie, że szuka jedynie WIMP, czyli słabo oddziałujących masywnych cząstek (ang. weakly interacting massive particles). Dowody świadczące o tym, jak słabo ciemna materia oddziałuje nie tylko ze zwykłą materią, ale także sama ze sobą, znaleziono 3 mld lat świetlnych od Ziemi, w gromadzie Pocisk – którą w rzeczywistości tworzą dwie zderzające się ze sobą gromady galaktyk. To tylko fragment artykułu ze styczniowego numeru "National Geographic Polska", wciąż dostępnego w kioskach w całym kraju.
Wszechświat rozszerza się coraz szybciej, a jednym z zadań astronomów jest zbadanie ciemnej energii zwanej tajemniczym przyspieszaczem
Aby lepiej poznać to zjawisko, badacze z programu Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS) kartują niebo nad półkulą północną za pomocą teleskopu w Apache Point Observatory w Nowym Meksyku i metalowych płyt.Każda z płyt wielkości włazu do studzienki dostosowana jest do stopnia nachylenia teleskopu i ma tysiące małych otworów w miejscach odpowiadających zidentyfikowanym galaktykom. Płytę umieszcza się na podstawie teleskopu, a światło emitowane przez poszczególne galaktyki wpada do instrumentów, które przetwarzają dane, wzbogacając naszą wiedzę o strukturze wszechświata. Kierujący programem BOSS David Schlegel twierdzi, że wyniki badania, które zakończy się w 2014 r., dadzą nam pełniejszy obraz kompozycji wszechświata, w tym ciemnej energii, która powoduje jego rozszerzanie.